<Desc/Clms Page number 1>
Kraftmesseinrichtung mit einem Biegebalken
Die Erfindung betrifft eine Kraftmesseinrichtung mit einem Biegebalken, welcher an einem Ende befestigt ist und dessen anderer Endteil steif und hakenförmig umgebogen ist und über dem Mittelteil des Balkens liegt, einem an diesem starren Endteil angreifenden Kraftübertragungsglied, welches längs einer quer zum Balkenmittelteil verlaufenden Linie eine Kraft ausübt, und mit mindestens einem mit dem Balken im Bereich einer halsartigen Verengung verbundenen Dehnungsmesselement.
Bei bekannten Messeinrichtungen dieser Art wird als nachteilig empfunden, dass entweder die Herstellung kompliziert und teuer ist oder zufolge der Anordnung des Biegebalkens Verfälschungen des Messergebnisses auftreten können, die durch Momente verursacht werden.
Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile dieser bekannten Kraftmesseinrichtungen zu vermeiden, und erreicht dies erfindungsgemäss dadurch, dass die besagte Linie durch die halsartige Verengung verläuft und der Balken als Auslegerbalken nur an dem einen Ende befestigt ist.
Durch Verwendung eines Auslegerbalkens wird eine relativ billig herstellbare Kraftmesseinrichtung erhalten. Da die zu messende Kraft längs einer durch die halsartige Verengung verlaufenden Linie einwirkt, werden im Balkenmittelteil auf der einen Seite der halsartigen Verengung nur Druckspannungen und auf der andern Seite nur Zugspannungen auftreten. Wirkt die zu messende Kraft im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Balkenmittelteiles, wie dies bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Fall ist, treten keine Biegemomente auf, so dass das Messergebnis durch Querkräfte nicht verfälscht wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sämtliche Dehnungsmesselemente auf einer Seite des Balkens angeordnet werden können. Bei Verwendung einer Wheatstone-Brücke als Messwandler werden je zwei Messelemente, wie etwa Dehnungsmessstreifen, zu beiden Seiten der halsartigen Verengung aufgebracht, wobei jeder Dehnungsmessstreifen einem Brückenarm als aktives Element zugeordnet ist. Bei Einwirken einer Kraft verändern die Dehnungsmessstreifen ihren Widerstand, wobei zwei von ihnen ihren Widerstand vergrössern und die beiden andern ihren Widerstand um einen gleichen Betrag vermindern. Es ist daher sehr leicht, aus der Verstimmung der Messbrücke die Messgrösse zu ermitteln.
Vorzugsweise ist der Balkenmittelteil so ausgeführt, dass er die Form von zwei divergierenden keilförmigen Abschnitten besitzt, deren geringster Querschnitt die halsartige Verengung bildet, wobei die Dehnungsmesseinrichtung in unmittelbarer Nähe der halsartigen Verengung angeordnet ist, wodurch die Empfindlichkeit erheblich vergrössert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die symmetrische Anordnung der zu beiden Seiten der halsartigen Verengung liegenden Balkenabschnitte hinsichtlich des Kraftübertragungsgliedes eine sehr kompakte Messeinrichtung erhalten wird.
Durch ein der zu messenden Kraft entgegenwirkendes Federelement, etwa eine Membran oder einen Balg, ist es leicht möglich, den Messbereich der Kraftmesseinrichtung zu vergrössern. Dies kann jedoch auch durch eine entsprechende Vergrösserung der Abstände zwischen den auf der Balkenfläche angeordneten Dehnungsmesselementen erfolgen.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Erfindung wird nun näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt ; Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. l ; Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 1 und die Fig. 4, 5 und 6 eine teilweise geschnittene Ansicht anderer Ausführungsformen der Erfindung.
In den Fig. 1, 2 und 3 trägt ein feststehender Befestigungsteil-l-eine mit diesem eine Einheit bildende starre Plattform-2--. An die Plattform --2-- schliesst sich ein mit dieser aus einem Stück bestehender Auslegebalken-3-an. Der Balken --3-- besteht aus einem annähernd parallel zum Befestigungsteil --1-- verlaufenden Mittelteil --4,4'--, welcher über einen hakenförmigen Abschnitt --6-- in einen'über dem Balkenmittelteil liegenden Endteil --7-- übergegt, Der Befestigungsteil-l-, die Plattform --2-- und die einzelnen Abschnitte des Balkens bestehen aus einem Stück.
Der Mittelteil des Balkens besteht aus zwei sich keilförmig zu einer halsartigen Verengung --5-- verjüngenden Abschnitten --4,4'-- welche an den Fusspunkten --4a und 4a'--in den einen Endteil bzw. in den hakenförmigen Abschnitt--6--übergehen. Der andere Endteil-7-ist mit einer als Kraftübertragungsglied wirkenden Stange --8-- verbunden. Die Stange --8-- ist durch eine Bohrung im Befestigungsteil-l-geführt, m welchem ein durch eine Mutter --22-- in seiner Lage gehaltener anschlagteil --21-- eingeschraubt ist.
Die Stange --8-- ist mit einem Ansatz --9-- an einer Membran --10-- befestigt. Die Verlängerung der Achse der Stange-8-verläuft durch die halsartige Verengung --5-- des aus den beiden keilförmigen Abschnitten-4 und 4'-gebildeten Balkenmittelteiles. Die Membran ist am Umfang --11-- starr mit dem Befestigungsteil - verbunden. Der Ansatz --9-- ist vom Ende des Anschlagteils --21-- im Abstand angeordnet, wie dies durch das Spiel --23-- angedeutet ist, welches gleich ist den zulässigen
EMI2.1
--9-- ist- 15-führt durch eine geeignete Bohrung in einer Deckplatte--13-.
Ein Anschlagteil-14in der Bohrung der Platte --13-- sieht ebenfalls ein Spiel --24-- von derselben axialen Erstreckung wie das Spiel --23-- vor.
An der Rückseite des Balkenmittelteiles sind zu beiden Seiten der halsartigen Verengung-5vier Dehnungsmesselemente angeordnet. Es handelt sich dabei beispielsweise um zwei Paare von Dehnungsmessstreifen --16 und 16'bzw. 17 und 17'--, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Messstreifen - 16 und 16'bzw. 17 und 17'-- sind zu beiden Seiten der Verengung --5-- symmetrisch und im gleichen Abstand am Balkenmittelteil befestigt. Die Messstreifen sind über Drähte (nicht gezeigt) mit Isolierklemmen --19-- verbunden, welche in einem Teil --18-- des den Balken umgebenden Gehäuses angeordnet sind. Die Klemmen --19-- sind dann elektrisch mit einer Messvorrichtung verbunden.
Die Achsen der Stangen-15 und 8-- verlaufen durch die Verengung --5-- und liegen senkrecht zum Balkenmittelteil. Die keilförmigen Abschnitte-4 und 4'-- zu beiden Seiten der Verengung --5-- werden bei Anliegen einer Kraft an der Stange --15-- abgelenkt. Die Verengung --5-- besitzt die halbe Dicke des Balkenabschnittes an den Fusspunkten --4a und 4a'--. Die keilförmigen Abschnitte-4 und 4'-weisen dieselbe Breite, Länge und Winkellage auf. Die Teile des Balkens zwischen dem Fusspunkt --4a'-- und der Stange --8-- sind starr, verglichen mit den Biegeabschnitten bei --4' und 4--. Die Abschnitte--1, 2, 3, 4, 6 und 7-- können in einem Stück oder aus mehreren Teilen, etwa durch Verschweissen oder durch eine andere starre Verbindung, hergestellt werden.
Es ist jedoch vorteilhaft, die Abschnitte --4' und 4-- aus einem Metallstück von entsprechenden Eigenschaften zu erzeugen, selbst dann, wenn der gesamte Aufbau durch Verschweissen hergestellt wird.
Die keilförmigen Abschnitte-4 und 4'-sind symmetrisch zur Achse der Stange --8-- und
EMI2.2
räumlichen Abmessungen der Messeinrichtung relativ klein gehalten werden können.
In der in Fig. l gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein Dynamometer. Die Stange --15-- kann an jede beliebige Kraftquelle angeschlossen werden, welche von der zu messenden Grösse abhängig ist und eine Verstellung der Stange --15-- bewirkt.
Wirkt auf die Stange --8-- keine Kraft ein, treten in den Abschnitten-4 und 4'-keine Spannungen auf. Unter der Annahme einer Verschiebung der mit dem Endteil-7-des Balkens verbundenen Stange --8-- nach links wird diese Verschiebung der Stange --8-- beim Fusspunkt --4a'-- auf die keilförmigen Abschnitte-4 und 4'-übertragen. Dabei werden auf das Ende der Stange-8-im Verbindungsbereich mit dem Endteil-7-keine senkrecht zur Achse der Stange
<Desc/Clms Page number 3>
- 8-- gerichteten Kräfte ausgeübt. Es wird daher kein Biegemoment vom Balken auf die Stange - übertragen, weshalb die Stange keine axiale Führung benötigt. Verfälschungen der Messergebnisse auf Grund von Querkräften treten dadurch nicht auf.
Die Oberfläche des keilförmigen Abschnittes --4'-- wird auf Zug und die Oberfläche des keilförmigen Abschnittes --4-- auf Druck
EMI3.1
--5-- auftritt.- 16 und 16'--abnimmt. Bilden die Messstreifen aktive Elemente einer Wheatstone-Brücke, so kann aus der Verstimmung der Brücke die Grösse der stattgefundenen Verschiebung der Stange --8-- bzw. der auf sie einwirkenden Kraft ermittelt werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemässen Druckmesseinrichtungen. Die gewellte Membran --10-- in Fig. 4 ist ein Kraftkollektor, welcher auf den auf den Druckadapter --25-- ausgeübten Druck anspricht. Bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 5 ist die Stange-8- an einer Membran --28-- befestigt, welche mit einem Membranring--27-eine Einheit bildet.
Zwischen der Membran --28-- und dem Anschlagteil --21-- ist ein Spiel --29-- vorgesehen.
Alle andern Teile der Kraftmesseinrichtung haben denselben Aufbau wie die mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Teile in Fig. 1.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau ist im wesentlichen derselbe wie in den Fig. 1 bis 5, jedoch mit der Ausnahme, dass an Stelle der Stange-8-, der Stange --15-- und der Membran --10-- ein Tragbolzen --101-- in einer Öffnung im Endteil-7des Balkens --3-- angeordnet ist, wobei die Achse des Bolzens--101--senkrecht zur Mittelebene des Balkenmittelteils-4, 4'-- liegt und sich durch die halsartige Verengung --5-- erstreckt. Eine Kette --102-- oder ein anderes flexibles Glied ist mit dem Tragbolzen --101-- verbunden und ein Gewicht --103-- an die Kette-102-angehängt.
Die angreifende Kraft verläuft in Richtung der Kette und in Richtung der Achse des Tragbolzens --101-- und der Bohrung, in welcher der Bolzen angeordnet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraftmesseinrichtung mit einem Biegebalken, welcher an einem Ende befestigt ist und dessen anderer Endteil steif und hakenförmig umgebogen ist und über dem Mittelteil des Balkens liegt, einem an diesem starren Endteil angreifenden Kraftübertragungsglied, welches längs einer quer zum Balkenmittelteil verlaufenden Linie eine Kraft ausübt, und mit mindestens einem mit dem Balken im
EMI3.2
<Desc / Clms Page number 1>
Force measuring device with a bending beam
The invention relates to a force measuring device with a bending beam which is fastened at one end and the other end part of which is bent over in a rigid, hook-shaped manner and lies over the central part of the beam, a force transmission member engaging this rigid end part and which generates a force along a line running transversely to the central part of the beam exercises, and with at least one strain measuring element connected to the beam in the region of a neck-like constriction.
In known measuring devices of this type, it is felt to be disadvantageous that either the production is complicated and expensive or, due to the arrangement of the bending beam, falsifications of the measurement result can occur, which are caused by moments.
The invention aims to avoid the mentioned disadvantages of these known force measuring devices, and achieves this according to the invention in that the said line runs through the neck-like constriction and the beam is attached as a cantilever beam only at one end.
By using a cantilever beam, a force measuring device that can be manufactured relatively cheaply is obtained. Since the force to be measured acts along a line running through the neck-like constriction, only compressive stresses will occur on one side of the neck-like constriction and only tensile stresses on the other side. If the force to be measured acts essentially perpendicular to the plane of the central part of the beam, as is the case with preferred embodiments of the invention, no bending moments occur, so that the measurement result is not falsified by transverse forces.
Another advantage of the invention is that all of the strain gauges can be arranged on one side of the beam. When using a Wheatstone bridge as a measuring transducer, two measuring elements, such as strain gauges, are applied to both sides of the neck-like constriction, with each strain gauge being assigned to a bridge arm as an active element. When a force is applied, the strain gauges change their resistance, two of them increasing their resistance and the other two reducing their resistance by the same amount. It is therefore very easy to determine the measured variable from the detuning of the measuring bridge.
The central part of the beam is preferably designed so that it has the shape of two diverging wedge-shaped sections, the smallest cross-section of which forms the neck-like constriction, the strain measuring device being arranged in the immediate vicinity of the neck-like constriction, whereby the sensitivity is considerably increased.
Another advantage of the invention is that the symmetrical arrangement of the bar sections lying on both sides of the neck-like constriction gives a very compact measuring device with regard to the force transmission element.
A spring element counteracting the force to be measured, for example a membrane or a bellows, makes it easy to enlarge the measuring range of the force measuring device. However, this can also be done by a corresponding increase in the distances between the strain gauges arranged on the beam surface.
<Desc / Clms Page number 2>
The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, in which Figure 1 shows a sectional view of a preferred embodiment of the invention; Fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of Fig. 1; 3 is a sectional view taken along the line 3-3 of FIG. 1 and FIGS. 4, 5 and 6 are a partially sectional view of other embodiments of the invention.
In FIGS. 1, 2 and 3, a stationary fastening part-1-carries a rigid platform-2-- which forms a unit therewith. A supporting beam-3-consisting of one piece is attached to the platform - 2 -. The bar --3-- consists of a middle part --4,4 '- which runs approximately parallel to the fastening part --1-- and which, via a hook-shaped section --6--, into an end part lying above the bar middle part - 7-- overlaid, the fastening part-l-, the platform --2-- and the individual sections of the beam consist of one piece.
The middle part of the beam consists of two wedge-shaped to a neck-like constriction --5 - tapering sections --4,4 '- which at the foot points --4a and 4a' - in one end part or in the hook-shaped section --6 - skip. The other end part -7- is connected to a rod -8- acting as a force transmission link. The rod --8-- is guided through a hole in the fastening part-l-into which a stop part --21-- held in place by a nut --22-- is screwed in.
The rod --8-- is attached to a membrane --10-- with a shoulder --9--. The extension of the axis of the rod -8- runs through the neck-like constriction --5-- of the middle part of the beam formed from the two wedge-shaped sections -4 and 4 '. The membrane is rigidly connected to the fastening part on the circumference --11. The approach --9-- is spaced from the end of the stop part --21--, as indicated by the play --23--, which is equal to the permissible
EMI2.1
--9-- is- 15- leads through a suitable hole in a cover plate - 13-.
A stop part -14 in the bore of the plate -13- also provides a play -24- of the same axial extent as the play -23-.
On the back of the middle part of the beam, four strain gauges are arranged on both sides of the neck-like constriction. These are, for example, two pairs of strain gauges --16 and 16 'or 17 and 17 '- as shown in FIG. The measuring strips - 16 and 16 'or 17 and 17 '- are attached to both sides of the constriction --5-- symmetrically and at the same distance on the middle part of the beam. The measuring strips are connected via wires (not shown) to insulating terminals --19--, which are arranged in a part --18-- of the housing surrounding the beam. The terminals --19 - are then electrically connected to a measuring device.
The axes of rods - 15 and 8-- run through the narrowing --5-- and are perpendicular to the center of the beam. The wedge-shaped sections -4 and 4 '- on both sides of the constriction --5-- are deflected when a force is applied to the rod --15--. The narrowing --5-- is half the thickness of the bar section at the foot points --4a and 4a '-. The wedge-shaped sections-4 and 4'-have the same width, length and angular position. The parts of the beam between the base --4a '- and the rod --8-- are rigid compared to the bending sections at --4' and 4--. The sections - 1, 2, 3, 4, 6 and 7 - can be produced in one piece or from several parts, for example by welding or by another rigid connection.
However, it is advantageous to produce the sections --4 'and 4 - from a piece of metal with corresponding properties, even if the entire structure is produced by welding.
The wedge-shaped sections - 4 and 4 '- are symmetrical about the axis of the rod - 8 - and
EMI2.2
spatial dimensions of the measuring device can be kept relatively small.
The embodiment shown in FIG. 1 is a dynamometer. The rod --15-- can be connected to any power source that depends on the size to be measured and causes the rod --15-- to be adjusted.
If there is no force acting on the bar --8--, no tension occurs in sections-4 and 4'-. Assuming a shift of the rod --8-- connected to the end part -7- of the beam to the left, this shift of the rod --8-- at the base point --4a '- is applied to the wedge-shaped sections -4 and 4' -transfer. There are no perpendicular to the axis of the rod on the end of the rod-8-in the connection area with the end part-7-
<Desc / Clms Page number 3>
- 8-- directed forces exerted. No bending moment is therefore transferred from the beam to the rod - which is why the rod does not need any axial guidance. This means that there is no falsification of the measurement results due to lateral forces.
The surface of the wedge-shaped section --4 '- is on tension and the surface of the wedge-shaped section --4-- on pressure
EMI3.1
--5-- occurs. - 16 and 16 '- decreases. If the measuring strips form active elements of a Wheatstone bridge, the amount of displacement of the rod --8-- or the force acting on it can be determined from the detuning of the bridge.
4 and 5 show embodiments of pressure measuring devices according to the invention. The corrugated membrane --10-- in Fig. 4 is a force collector that responds to the pressure exerted on the pressure adapter --25--. In the embodiment according to FIG. 5, the rod -8- is attached to a membrane -28- which forms a unit with a membrane ring -27-.
There is clearance --29-- between the diaphragm --28-- and the stop part --21--.
All other parts of the force measuring device have the same structure as the parts provided with the same reference symbols in FIG. 1.
Fig. 6 shows a further embodiment of the invention. The structure is essentially the same as in Figs. 1 to 5, with the exception that instead of the rod -8-, the rod -15- and the membrane -10- a support bolt -101- - is arranged in an opening in the end part -7 of the beam --3--, the axis of the bolt - 101 - lying perpendicular to the central plane of the beam middle part-4, 4 '- and through the neck-like narrowing --5 - extends. A chain --102-- or another flexible link is connected to the support bolt --101-- and a weight --103-- is attached to the chain-102.
The acting force runs in the direction of the chain and in the direction of the axis of the supporting bolt --101-- and the hole in which the bolt is arranged.
PATENT CLAIMS:
1. Force measuring device with a bending beam which is attached at one end and the other end part of which is rigidly bent over in the shape of a hook and lies over the central part of the beam, a force transmission member engaging this rigid end part and exerting a force along a line running transversely to the central part of the beam, and with at least one with the bar in the
EMI3.2