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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gefederten Einleitung einer zu messenden Kraft in einen auf Biegung beanspruchbaren Messkörper mit daran angeordneten Dehnungsmessstreifen, insbesondere an Waagen.
Bekannte, nach dem Dehnungsmessstreifenprinzip arbeitende Kraftaufnehmer weisen im Bereich ihrer zulässigen Belastung (Nennlast) einen kleinen Messweg in der Grössenordnung von etwa 1/10 mm auf. Solche Kraftaufnehmer sind so dimensioniert, dass sie eine Überlast von z. B. 50% ohne störende Rückwirkung auf das Messergebnis im Nennlastbereich vertragen. Eine noch höhere Überbelastung führt jedoch zu einer Verfälschung des Messergebnisses innerhalb des eigentlichen Messbereiches oder sogar zu einer Zerstörung der Messanordnung im Kraftaufnehmer.
Es sind bereits Kraftaufnehmer bekannt, die sich ab einer bestimmten Überbelastung gegen eine innere, stationäre Abstützung anlegen, wenn der Messweg das zulässige Mass überschreitet.
Wegen des kleinen Messweges ist die Einstellung dieser Abstützung schwierig und kann nur innerhalb eines in sich geschlossenen Kraftaufnehmers, z. B. in dosenförmig abgeschlossenen, zylinderförmigen Druck- oder Zugkraftaufnehmern so realisiert werden, dass sie mit hinreichender Sicherheit arbeitet und eine unbeabsichtigte Abstützung ausgeschlossen ist.
Bei Biegekraftaufnehmern, die gewöhnlich nicht von einem dosenförmigen Gehäuse umgeben sind, ist eine innere Sicherheitsabstützung der oben beschriebenen Art wegen technischer Schwierigkeiten nicht üblich. Bei der Verwendung von Biegekraftaufnehmern müssen daher zwangsläufig entweder Aufnehmer mit höherem Nennlastbereich als an sich erforderlich vorgesehen werden oder man muss ausserhalb des auf Biegung beanspruchbaren Messkörpers in dessen Krafteinleitung ein Federelement sowie eine ortsfeste Oberlastabstützung anordnen. Das Federelement wird dabei so dimensioniert, dass bei erlaubter Belastung des Biegekraftaufnehmers ein relativ grosser Hub entsteht, wodurch die Justierung der Sicherheitsabstützung vereinfacht wird.
Der Anwendung höherer Nennlasten als benötigt sind Grenzen gesetzt, da das Messsignal des Aufnehmers für die kleine Auslastung wesentlich mehr verstärkt werden muss, was sich auf verschiedene Art negativ auswirken kann.
Als äussere Federelemente in der Krafteinleitung von Biegekraftaufnehmern hat man bisher auf Zug belastete Schraubenfedern verwendet. Eine solche Aussenfederung hat aber eine zusätzliche Einbauhöhe zur Folge, die aus anwendungstechnischen Gründen insbesondere dann unerwünscht ist, wenn der Biegekraftaufnehmer von der Endschneide eines Wägehebelwerkes belastet wird und das gesamte Messsystem unterhalb einer möglichst flach liegenden Wägebrücke angeordnet werden muss. Dies gilt vor allem auch dann, wenn unter der Wägebrücke mehrere Biegekraftaufnehmer untergebracht sind, auf die sich die Wägebrücke ohne Zwischenschaltung eines Wägehebelwerkes direkt abstützt.
Man könnte daran denken, statt einer auf Zug belasteten Schraubenfeder eine druckbelastete Schraubenfeder in die Krafteinleitung des Biegekraftaufnehmers einzuschalten, weil sich die Druckfeder bei Belastung - im Gegensatz zur Zugfeder - bekanntlich verkürzt und hiedurch keine zusätzliche Einbauhöhe erforderlich wird. Eine auf Druck belastete Schraubenfeder ist jedoch nicht seitenstabil, d. h. ihre Elastizität wirkt sich nicht nur in Krafteinleitungsrichtung aus. Dies ist aber in vielen Fällen der Kraftmessung, insbesondere bei Waagen, nachteilig, weil dann bei nicht ordnungsgemässer Einleitung der zu wägenden Kraft in den Kraftaufnehmer das Messergebnis verfälscht wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur gefederten Krafteinleitung in einen Biegekraftaufnehmer vorzuschlagen, die einerseits nur eine geringe Einbauhöhe erfordert und dennoch eine messtechnisch einwandfreie Krafteinleitung in den Kraftaufnehmer gewährleistet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zu messende Kraft als Druckkraft über ein Wägedrucklager, vorzugsweise in Gestalt eines Schneidenlagers mit V-förmiger Pfanne oder einer kugeligen Abwälzfläche, in eine im wesentlichen nur in Kraftrichtung elastische Druckfeder und von dieser in derselben Kraftrichtung über eine Punktverbindung in den Messkörper eingeleitet ist.
Die Erfindung besteht also in dem kombinatorischen Gedanken, bei der Krafteinleitung statt wie bisher eine Zugfeder eine im wesentlichen nur in Kraftrichtung elastische Druckfeder zu verwenden und die die Druckfeder belastende Kraft in derselben Richtung über eine Punktverbindung in den auf Biegung beanspruchten Messkörper einzuleiten. Dabei ist es für eine besonders
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effiziente Kraftübertragung von Vorteil, wenn die Druckfeder aus zwei durch Distanzstücke in gegenseitigem Abstand gehaltenen Blattfedern besteht. Anderseits ist es hiezu, etwa bei höheren zu messenden Kräften, auch vorteilhaft, wenn die Druckfeder wenigstens zwei Tellerfedern umfasst. Auch ist es günstig, wenn die Druckfeder einfach aus einem ringförmig geschlossenen, diametral belastbaren Stück aus elastischem Werkstoff besteht.
Bei allen vorstehend angegebenen Ausbildungen erfolgt die Krafteinleitung vorteilhafterweise in der Mitte der Druckfeder, vorzugsweise vertikal.
Für die Einleitung der Kraft in den Messkörper in der Kraftrichtung ist es weiters günstig, wenn die Punktverbindung einen mit seiner Spitze in einer kegeligen Aussparung aufruhenden Lastbolzen umfasst. Anderseits ist es hier auch von Vorteil, wenn die Punktverbindung ein zwischen Druckfeder und Messkörper verlaufendes, nach allen Seiten hin elastisches Drahtgelenk umfasst.
Um eine besonders flache Bauweise zu ermöglichen, ist es schliesslich vorteilhaft, wenn die im wesentlichen nur in Kraftrichtung elastische Druckfeder durch eine Blattfeder gebildet ist, die über Distanzstücke mit einer oberhalb von ihr angeordneten Blattfeder verbunden ist, die ihrerseits mittels der Punktverbindung mit dem Messkörper verbunden ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung mit einem Biegekraftaufnehmer mit gefederter Krafteinleitung in Gestalt zweier Blattfedern ; Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A in Fig. l ; Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 und 2 abgewandelte Vorrichtung mit Tellerfedern ; Fig. 4 eine weiterhin abgewandelte Vorrichtung mit kugeliger Abwälzfläche an einem Wägedrucklager ; und Fig. 5 und 6 eine andere, abgewandelte Vorrichtung.
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1per --2-- (nachstehend auch Biegestab genannt), der einseitig mittels Schrauben --3-- freitragend an einem ortsfesten Gestell --4-- befestigt ist.
Zwischen dem freien Ende --5-- und dem ortsfest gehaltenen Ende des Biegestabes --2-befindet sich ein von einem Faltenbalg --6-- abgedeckter Bereich, auf welchem in an sich bekannter Weise Dehnungsmessstreifen angeordnet sind, die in ebenfalls bekannter Weise zu einer elektrischen Messbrücke zusammengeschaltet sind. Wird das freie Ende --5-- des Biegestabes --2-- belastet und der Biegestab verbogen, erfahren die Dehnungsmessstreifen auf Grund ihrer Dehnung eine Widerstandsänderung, die ein Mass für die eingeleitete Kraft ist und üblicherweise anzeig- und/oder registrierbar ist.
Am freien Ende --5-- des Biegestabes --2-- ist eine Bohrung --7-- vorgesehen, in deren Mittelachse die zu messende Kraft P möglichst vertikal eingeleitet werden muss. Hiezu ist in die Bohrung --4-- ein Bolzen --8-- mit einem Bund --9-- eingesetzt, wobei der Bund --9-- auf der Oberseite des Biegestabes aufruht. Der Bund --9-- weist eine kegelige Aussparung --11-- mit nicht ausgearbeiteter, d. h. abgeflachter oder abgerundeter Spitze im Bodenbereich auf und leitet die Kraft P gleichmässig um die Bohrung --7-- herum in den Biegekraftaufnehmer --1-- derart ein, dass die resultierende Kraft mit der Achse der Bohrung --7-- zusammenfällt.
In der kegeligen Aussparung --11-- stützt sich ein Lastbolzen --12-- ab, der an seinem unteren Ende einen Kegel mit abgerundeter Spitze aufweist, an seinem oberen Ende in einen breiten Bund --13-- übergeht und schliesslich mit einem Zapfen kleineren Durchmessers als der Bund in ein entsprechendes Loch in der Mitte einer Blattfeder --14-- eingreift. Die Blattfeder --14-- ist über Distanzstücke --15-- und Schrauben (oder Nieten) --16-- mit einer zweiten, über der ersten angeordneten Blattfeder --17-- verbunden. Auf der oberen Blattfeder --17-- sitzt zentral eine V-förmige Wägepfanne --18--, die mittels eines Zapfens --20-- in ein genau über dem Lastbolzen --12-- liegendes Loch der Blattfeder --17-- eingesetzt ist.
In diese Wägepfan- ne --18-- überträgt in bekannter Weise die Endschneide --19-- eines Wägehebels --21--, der Bestandteil eines an sich bekannten und deshalb nicht gezeichneten Wägehebelwerkes ist, die zu ermittelnde Messkraft P.
Die vom Wägehebel --21-- getragene Endschneide --19-- und die am freien Ende --5-- des Biegestabes --2-- angeordnete, von dem spitzen Lastbolzen-12-und der kegeligen Ausspa-
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rung --11-- gebildete Punktverbindung bestimmen die stabile Lage der Krafteinleitung, ohne dass ausser der Messkraft noch schädliche Zusatzkräfte auftreten.
Im Bereich des die Schneide --19-- tragenden Endes des Wägehebels --21-- kann ein ortsfester und einstellbarer Anschlag --22-- angeordnet werden, der die zu messende Kraft dann aufnimmt, wenn diese das zulässige Mass übersteigt und das von den Blattfedern --14, 17-- gebildete Federsystem entsprechend weit durchgefedert ist.
Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten, abgewandelten Ausführungsform sind an Stelle der beiden Blattfedern-14 und 17-- und der sie trennenden Distanzstücke --15-- gemäss Fig.1 zwei (oder mehr) Tellerfedern --24-- vorgesehen, die an ihren Rändern aneinander anliegen. Im
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3ne --18-- und der Schneide --19-- entsprechend Fig. 1 und 2 ein zylindrischer Teil --28-- vorgesehen ist, der mittels eines unteren Zapfens --20-- in der oberen Tellerfeder --27-- (oder auch in der oberen Blattfeder --17--) mittig fixiert ist. An seinem oberen Ende weist der Teil -28-- eine Kugelabwälzfläche auf. Der Mittelpunkt dieser Kugelfläche liegt in oder vorzugsweise unter der Spitze des Lastbolzens --12--.
Die obere Kugelfläche des Teils --28-- wirkt mit einem Teil --29-- zusammen, der Bestandteil einer (nicht dargestellten) Wägebrücke ist und dort, wo der Teil --28-- am Teil --29-- angreift, plan und horizontal sowie von einem Führungsrand umgeben ist. Auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 können wieder Sicherheitsabstützungen in Form justierbarer Anschläge (vgl. den Anschlag --22-- in Fig. 1) vorgesehen sein.
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ferente oder stabilisierende Wirkung auf die Wägebrücke.
Bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen können das aus den Blattfedern --14, 17-- bzw. den Tellerfedern --24, 27-- bestehende Federsystem auch durch eine Ringfeder ersetzt sein, die beispielsweise in vertikaler Richtung diametral belastet wird und ebenso wie in Fig. l bis 4 zwischen einem Lastbolzen --12-- und einer Schneide --19-- bzw. einem mit Kugelfläche versehenen Teil --28-- angeordnet ist. Eine solche Ringfeder lässt sich in bekannter Weise aus einem ringförmig geschlossenen, diametral belastbaren Stück aus elastischem Werkstoff herstellen.
Bei einer weiteren, abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann der in die kegelige Aussparung --11-- eingreifende, spitze Lastbolzen --12-- auch durch ein in Richtung der Kraft P verlaufendes, elastisches Drahtgelenk ersetzt sein. Hiebei ist ein nach allen Seiten hin elastisches Drahtstück einerseits mit dem freien Ende --5-- des Biegestabes --2-- und anderseits mit der unteren Blatt- oder Tellerfeder --14 bzw. 24-- fest verbunden.
Eine besonders flach bauende Abwandlung der im voranstehenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist gemäss Fig. 5 und 6 dadurch erreichbar, dass einer der Blattfeder --14-- entsprechenden Blattfeder --114-- eine längere Blattfeder --117-- zugeordnet wird, wobei im Gegensatz zu Fig. 1 und 2 in Fig. 5 die Blattfeder --114-- oben und die Blattfeder --117-- unten angeordnet ist. Die aus den Blattfedern --114, 117-- und zwei Distanzstükken --115-- bestehende Anordnung umschliesst rahmenartig das freie Ende --5-- des Biegestabes --2-- und ist auf diesem mittels der kegeligen Aussparung --11-- und des Lastbol- zens --12-- hängend abgestützt.
Ein Wägehebel --121-- ist entsprechend der Draufsicht von Fig. 6 an seinem Ende gabelförmig ausgebildet und greift mit zwei Schneiden --119-- in Pfannen --118-- ein, die auf den freien, über die Distanzstücke --115-- überstehenden Enden der Blattfeder --117-- befestigt sind.
Die Verbindung der Distanzstücke --115-- mit den Blattfedern-114 und 117-- erfolgt, wie in Fig. 1 und 2, mittels Schrauben --116-- und Muttern. In jede Pfanne --118-- wird in diesem Fall die halbe Messkraft P/2 eingeleitet.