CH636198A5 - Device for the spring-assisted introduction of a force to be measured into a measurement body which can be subjected to a bending load - Google Patents

Description

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 zum Beispiel 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 Ab-stützung 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, zum Beispiel 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 Sicher-

heitsabstützung 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 vor-s gesehen werden oder man muss ausserhalb des auf Biegung beanspruchbaren Messkörpers in dessen Krafteinleitung ein Federelement sowie eine ortsfeste Überlastabstützung anordnen. Das Federelement wird dabei so dimensioniert, dass bei erlaubter Belastung des Biegekraftaufnehmers ein relativ grosser Hub io 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 15 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 anwendungstech-20 nischen 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 Wägebrük-25 ke 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 ein-30 zuschalten, weil sich die Druckfeder bei Belastung - im Gegensatz zur Zugefder — bekanntlich verkürzt und hierdurch keine zusätzliche Einbauhöhe erforderlich wird. Eine auf Druck belastete Schraubenfeder ist jedoch nicht seitenstabil, das heisst ihre Elastizität wirkt sich nicht nur in Krafteinleitungsrichtung aus. 35 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 40 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 45 Kraft als Druckkraft über ein Wäge-Drucklager, 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 Ge-so danken, bei der Krafteinleitung statt wie bisher eine Zug- 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.

55 Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Biegekraftaufnehmer mit gefederter Krafteinleitung in Gestalt zweier Blattfedern;

60 Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 ;

Fig. 3 eine abgewandelte Vorrichtung mit Tellerfedern,

Fig. 4 eine weiterhin abgewandelte Vorrichtung mit kugeliger Abwälzfläche an einem Wäge-Drucklager und 65 Fig. 5 und 6 eine andere, abgewandelte Ausführungsform.

In Fig. 1 und 2 ist ein Biegekraftaufnehmer 1 an sich bekannter Art dargestellt. Der Kraftaufnehmer 1 umfasst einen stabförmigen, auf Biegung beanspruchbaren Messkörper 2, der

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einseitig mittels Schrauben 3 freitragend an einem ortsfesten Gestell 4 befestigt ist.

Zwischen dem freien Ende 5 und dem ortsfest gehaltenen Ende des Biegestabs 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 aufgrund 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. Hierzu ist in die Bohrung 4 ein Bolzen 8 mit einem Bund 9 eingesetzt, wobei der Bund 9 auf der Oberseite des Biegestabs aufruht. Der Bund 9 weist eine kegelige Aussparung 11 mit nicht ausgearbeiteter, das heisst 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 Wägepfanne 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 Biegestabs 2 angeordnete, von dem spitzen Lastbolzen 12 und der kegeligen Aussparung 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 anstelle 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 übrigen entspricht die Anordnung und Wirkungsweise der Ausführungsform gemäss Fig. 3 derjenigen in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform, bei der statt der V-förmigen Pfanne 18 und der Schneide 19

entsprechend Fig. 1 und 2 ein zylindrisches Teil 28 vorgesehen ist, das 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 das Teil 28 eine Kugelabwälzflä-5 che 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, das Bestandteil einer (nicht dargestellten) Wäge-10 brücke ist und dort, wo das 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 wiederum Sicherheitsabstützungen in Form justierbarer Anschläge (vgl. den Anschlag 22 in Fig. 1) vorgesehen sein. 15 Die Wägebrücke, von welcher das Teil 29 in Fig. 4 ein Bestandteil ist, stützt sich auf mindestens drei Biegekraftaufneh-mern 1 in der dargestellten Weise ab. Je nachdem, wie der Radius der Kugelfläche des Teils 28 gewählt wird, ergibt sich in bekannter Weise eine indifferente oder stabilisierende Wirkung 20 auf die Wägebrücke.

Bei den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen könnte 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 25 belastet wird und ebenso wie in Fig. 1 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 her-30 stellen.

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. Hierbei ist ein nach allen Seiten hin elastisches Drahtstück einerseits mit dem freien Ende 5 des Biegestabs 2 und andererseits mit der unteren Blatt- oder Tellerfeder 14 bezw. 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 Distanzstücken 115 bestehende Anordnung umschliesst rahmenartig das freie Ende 5 des Biegestabes 2 und ist auf diesem mittels der kegeligen Aussparung 11 und des Lastbolzens 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.

55 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.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

636 198 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur gefederten Einleitung einer zu messenden Kraft in einen auf Biegung beanspruchbaren Messkörper mit daran angeordneten Dehnungsmessstreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu messende Kraft (P) als Druckkraft über ein Wägedrucklager, in eine im wesentlichen nur in Kraftrichtung elastische Druckfeder (14, 15, 17; 24, 27) und von dieser in derselben Kraftrichtung über eine Punktverbindung (11, 12) in den Messkörper (2) eingeleitet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder aus zwei durch Distanzstücke (15) in gegenseitigem Abstand gehaltenen Blattfedern (14, 17) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder wenigstens zwei Tellerfedern (24, 27) um-fasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder aus einem ringförmig geschlossenen, diametral belastbaren Stück aus elastischem Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung in der Mitte der Druckfeder, vorzugsweise vertikal, erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktverbindung einen mit seiner Spitze in einer kegeligen Aussparung (11) aufruhenden Lastbolzen (12) umfasst.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktverbindung ein zwischen Druckfeder und Messkörper verlaufendes, nach allen Seiten hin elastisches Drahtgelenk umfasst.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus zwei Blattfedern (114, 117) und zwei Distanzstücken (115) gebildete Anordnung mittels der Punktverbindung (11, 12) an der oben gelegenen Blattfeder (114) hängend mit dem Messkörper (2, 5) verbunden, und die Messkraft (P) als Druckkraft in die unten gelegene Blattfeder (117) eingeleitet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wägedrucklager ein Schneidenlager mit V-förmiger Pfanne (18, 19) oder einer kugeligen Abwälzfläche (28) ist.