AT9920U1 - Kraftsensor - Google Patents

Description

2 AT 009 920 U1

Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor mit einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil, die unter Zwischenlage eines ringförmigen Sensorelementes mittels einer in einer zentralen Bohrung der beiden Gehäuseteile angeordneten Spannhülse gegeneinander vorgespannt sind.

Kraftsensoren dienen zum Messen von Kräften, Drücken, Beschleunigungen, Dehnungen und Momenten und werden dazu zwischen Kraftübertragungsmitteln oder Maschinenteilen eingespannt. In vielen Fällen werden drei, vier oder mehrere Kraftsensoren benötigt, die zwischen einer Kraftaufnahmekonstruktion und einer Basiskonstruktion montiert werden.

So ist beispielsweise aus der WO 2004/070334 A1 ein Messsensor mit einer Vorspannvorrichtung bekannt, welcher aus zwei Gehäuseteilen besteht, die als Adapterteil und Adapterhülse bezeichnet werden. Der Adapterteil weist einstückig eine zentrale Spannhülse auf, die in eine zentrale Bohrung der Adapterhülse ragt und dort mit einer Mutter vorgespannt werden kann. In einer ringförmigen Aufnahme der Adapterhülse ist ein ringförmiger Sensor integriert, wobei die Messkristalle des Sensors in der Adapterhülse zentriert eingelagert und von einer Membran abgedeckt sind. Die Membran ist unter Vorspannung mittels Verschweißung an der Adapterhülse befestigt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist insbesondere die Tatsache, dass die Spannhülse einstückig mit einem Gehäuseteil ausgeführt ist und damit keine freie Materialwahl für die Spannhülse und das Gehäuse getroffen werden kann.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 26 37 952 ein Kraftsensor bekannt geworden, der in einer Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 aus einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil besteht, zwischen welchen ein ringförmiges Messelement vorgespannt ist. Die Vorspannung erfolgt mit Hilfe eines rohrförmigen Vorspannelementes mit Außengewinden an beiden Enden, welche jeweils in Innengewinde in einer zentralen Bohrung der beiden Gehäuseterle eingreifen. Der Gehäuseunterteil ist mit einer zentralen Schraube an einer Grundplatte befestigt, der Gehäuseoberteil ist mit Hilfe von Schrauben, die um die zentrale Bohrung des Gehäuseoberteils angeordnet sind, mit einer Kraftaufnahmeplatte verschraubt. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist insbesondere die Tatsache, dass beim Zusammenbau des Kraftsensors, d.h. beim Verschrauben der beiden Gehäuseteile unter Zwischenlage des ringförmigen Messelementes Scherkräfte auf das Messelement ausgeübt werden, welche nachteilig für die Messempfindlichkeit sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den eingangs beschriebenen Kraftsensoren, Verbesserungen vorzuschlagen, die eine freie Materialwahl für das Vorspannelement und die Gehäuseteile zulassen, wobei auf eine einfache Herstellung durch einfache Geometrie der Bauteile geachtet werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den zentralen Bohrungen beider Gehäuseteile jeweils eine innere Schulter ausgebildet ist, an welchen sich -die Spannhülse abstützt. Der erfindungsgemäße Kraftsensor zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: - freie Materialwahl für die Spannhülse und die beiden Gehäuseteile, - kein Verdrehen der Gehäuseteile zueinander beim Zusammenbau, - Reduktion der Materialfestigkeiten auf das jeweils erforderliche Maß, - verbesserte Anpassung der Sensorteile im Hinblick auf die auftretenden Wärmedehnungen, - einfache Bearbeitung durch einfache Geometrie der Bauteile des Kraftsensors.

Erfindungsgemäß kann die Spannhülse aus einer hohlen Spannschraube bestehen, deren Kopf sich an der inneren Schulter eines Gehäuseteils und deren Spannmutter sich an der inneren Schulter des anderen Gehäuseteils abstützt. Es wäre auch möglich, eine symmetrische Spannhülse zu verwenden, die auf beiden Seiten ein Außengewinde aufweist, wobei jeweils eine Spannmutter verwendet wird, die sich gegen die jeweilige Schulter im ersten und zweiten Gehäuseteil abslützt.

Claims (5)

1. 3 AT 009 920 U1 Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das Sensorelement zumindest ein ringförmiges piezoelektrisches Messelement und eine ringförmige Ableitelektrode auf, die in einer Aufnahme des ersten Gehäuseteils angeordnet sind, welche innen von einer zylindrischen Gehäusewand, außen von einem ringförmige Mantelelement und im Kontaktbereich zum zweiten Gehäuseteil von einem Membranelement begrenzt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Abbildung näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftsensor in einem Längsschnitt. Der Kraftsensor gemäß Fig. 1 weist einen ersten Gehäuseteil 1 und einen zweiten Gehäuseteil 2 auf, die unter Zwischenlage eines ringförmigen Sensorelementes 3 gegeneinander vorgespannt sind. Für die Vorspannung wird eine Spannhülse 4 verwendet, die in einer zentralen Bohrung 5 der beiden Gehäuseteile 1, 2 angeordnet ist, wobei in der zentralen Bohrung 5 beider Gehäuseteile 1, 2 jeweils eine innere Schulter 6, 7 ausgebildet ist, an welcher sich die Spannhülse 4 abstützt. Im dargestellten Beispiel besteht die Spannhülse 4 aus einer hohlen Spannschraube 8, deren Kopf 9 sich an der innen Schulter 7 des zweiten Gehäuseteiles 2 abstützt, wobei am gegenüberliegenden Ende der Spannschraube ein Außengewinde 10 für eine Spannmutter 11 vorgesehen ist, die sich an der inneren Schulter 6 des ersten Gehäuseteiles 1 abstützt. Für die Montage des Kraftsensors sind Gewindebohrungen (nicht dargestellt) in den Gehäuseteilen 1, 2 vorgesehen. Das Sensorelement 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist zwei ringförmige, piezoelektrische Messelemente 12 und eine dazwischen liegende ringförmige Ableitelektrode 13 auf, die in einer Aufnahme 14 des Gehäuseteils 1 angeordnet sind. Die Aufnahme 14 ist innen von einer zylindrischen Gehäusewand 15, außen von einem ringförmige Mantelelement 16 und im Kontaktbereich zum Gehäuseteil 2 von einem Membranelement 17 begrenzt. Das Mantelelement 17 ist beispielsweise durch eine Schweißnaht 18 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das Membranelement 17 weist einen Membranstempel 19 auf, der die auf den Kraftsensor einwirkende Kraft vom Gehäuseteil 2 auf das zumindest eine piezoelektrische Messelement 12 überträgt, wobei ein dünner Membranflansch 20 innen mit der zylindrischen Gehäusewand 15 und außen mit dem ringförmigen Mantelelement 16 verschweißt ist und die Aufnahme 14 nach außen abdichtet. Das ringförmige Mantelelement 16 weist einen Anschluss 21 für ein Signalkabel 22 auf, welches mit der ringförmigen Ableitelektrode 13 in elektrischem Kontakt steht. Ansprüche: 1. Kraftsensor mit einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil (1, 2), die unter Zwischenlage eines ringförmigen Sensorelementes (3) mittels einer in -einer zentralen Bohrung <5) der beiden Gehäuseteile (1, 2) angeordneten Spannhülse <4) gegeneinander vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den zentralen Bohrungen (5) beider Gehäuseteile (1, 2) jeweils eine innere Schulter {6, 7) ausgebildet ist, an welchen sich die Spannhülse <4) abstützt.
2. 2. Kraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse {A) aus einer hohlen Spannschraube (8) besteht, deren Kopf (9) sich an der inneren Schulter (7) eines Gehäuseteils (2) und deren Spannmutter (11) sich an der inneren Schulter (6) des anderen Gehäuseteils (1) abstützt.
3. 3. Kraftsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) zumindest ein ringförmiges piezoelektrisches Messelement (12) und eine ringförmige 4 AT 009 920 U1 Ableitelektrode (13) aufweist, die in einer Aufnahme (14) des ersten Gehäuseteils (1) angeordnet sind, welche Aufnahme (14) innen von einer zylindrischen Gehäusewand (15), außen von einem ringförmige Mantelelement (16) und im Kontaktbereich zum zweiten Gehäuseteil (2) von einem Membranelement (17) begrenzt ist.
4. 4. Kraftsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranelement (17) einen Membranstempel (19) aufweist, der die auf den Kraftsensor einwirkende Kraft vom zweiten Gehäuseteil (2) auf das zumindest eine piezoelektrische Messelement (16) überträgt, wobei ein dünner Membranflansch (20) innen mit der zylindrischen Gehäusewand (15) und außen mit dem ringförmigen Mantelelement (16) verschweißt ist.
5. 5. Kraftsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Mantelelement (16) einen Anschluss (21) für ein Signalkabel (22) aufweist, welches mit der ringförmigen Ableitelektrode (13) in elektrischem Kontakt steht. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen