CH636198A5

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

Info

Publication number: CH636198A5
Application number: CH416879A
Authority: CH
Inventors: Ernst Kuhnle
Original assignee: Bizerba Werke Kraut Kg Wilh
Priority date: 1978-05-05
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1983-05-13
Also published as: AT374004B; NL7902641A; ATA328079A; DE2819603A1; DE2819603C2; FR2425061A1; FR2425061B1

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. The invention relates to a device for spring-loaded introduction of a force to be measured into a measuring body that can be subjected to bending, with strain gauges arranged thereon, in particular on scales.

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. Known force transducers that work according to the strain gauge principle have a small measuring range in the order of magnitude of about 1/10 mm in the area of their permissible load (nominal load). Such force transducers are dimensioned in such a way that they can withstand an overload of 50%, for example, without disturbing the measurement result in the nominal load range. However, an even higher overload leads to a falsification of the measurement result within the actual measuring range or even to the destruction of the measuring arrangement in the force transducer.

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. Force transducers are already known which, starting from a certain overload, bear against an internal, stationary support if the measuring path exceeds the permissible dimension. Because of the small measuring path, the adjustment of this support is difficult and can only be implemented within a self-contained force transducer, for example in cylindrical, cylindrical pressure or tensile force transducers, in such a way that it works with sufficient safety and unintentional support is excluded.

Bei Biegekraftaufnehmern, die gewöhnlich nicht von einem dosenförmigen Gehäuse umgeben sind, ist eine innere Sicher- In the case of bending force transducers, which are usually not surrounded by a can-shaped housing, an internal safety

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. Safety support of the type described above is not common due to technical difficulties. When using bending force transducers, therefore, either transducers with a higher nominal load range than required per se must necessarily be seen or a spring element and a stationary overload support must be arranged outside the measuring body that can be subjected to bending loads. The spring element is dimensioned in such a way that a relatively large stroke io is created when the bending force transducer is permitted to load, which simplifies the adjustment of the safety support.

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. There are limits to the use of higher nominal loads than required because the measuring signal of the transducer has to be amplified considerably more for the small load, which can have a negative effect in various ways.

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. Coil springs that have been subjected to tensile stress have previously been used as external spring elements in the introduction of force to bending force transducers. However, such an external suspension results in an additional installation height, which is particularly undesirable for technical reasons when the bending force transducer is loaded by the end cutting edge of a weighing lever system and the entire measuring system must be arranged below a weighing platform that is as flat as possible. This applies above all if several bending force transducers are accommodated under the weighing platform 25 ke, on which the weighing platform is supported directly without the interposition of a weighing lever mechanism. One could think of switching a compression spring on the force input of the bending force transducer instead of a coil spring under tension, because, as is known, the compression spring is shortened under load - in contrast to the tension - and therefore no additional installation height is required. However, a helical spring loaded under pressure is not laterally stable, which means that its elasticity does not only affect the direction of force application. 35 However, this is disadvantageous in many cases of force measurement, particularly in the case of scales, because if the force to be weighed is not properly introduced into the force transducer, the measurement result will be falsified.

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. It is therefore an object of the invention to propose a device for spring-loaded force introduction into a bending force transducer which, on the one hand, only requires a small installation height and nevertheless ensures force transmission into the force transducer which is faultless in terms of measurement technology.

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. The object is achieved in that the force to be measured is introduced as a compressive force via a weighing thrust bearing, into a compression spring which is essentially only elastic in the direction of force, and from this in the same direction of force via a point connection into the measuring body.

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. The invention therefore consists in the combinatorial idea of using a compression spring that is essentially only elastic in the direction of force when introducing the force instead of a pull, and to introduce the force loading the compression spring in the same direction via a point connection into the measuring body that is subjected to bending .

55 Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen: 55 The following description of preferred embodiments of the invention serves in conjunction with the accompanying drawing for further explanation. Show it:

Fig. 1 schematisch einen Biegekraftaufnehmer mit gefederter Krafteinleitung in Gestalt zweier Blattfedern; Figure 1 shows schematically a bending force transducer with spring force in the form of two leaf springs.

60 Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 ; FIG. 2 shows a view of the device from FIG. 1 in the direction of arrow A in FIG. 1;

Fig. 3 eine abgewandelte Vorrichtung mit Tellerfedern, 3 shows a modified device with disc springs,

Fig. 4 eine weiterhin abgewandelte Vorrichtung mit kugeliger Abwälzfläche an einem Wäge-Drucklager und 65 Fig. 5 und 6 eine andere, abgewandelte Ausführungsform. Fig. 4 shows a further modified device with a spherical rolling surface on a weighing thrust bearing and Fig. 5 and 6 another, modified embodiment.

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 1 and 2, a bending force transducer 1 is shown in a known manner. The force transducer 1 comprises a rod-shaped measuring body 2 which can be subjected to bending, which

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einseitig mittels Schrauben 3 freitragend an einem ortsfesten Gestell 4 befestigt ist. is cantilevered on one side by means of screws 3 to a stationary frame 4.

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. Between the free end 5 and the fixed end of the bending rod 2 there is an area covered by a bellows 6, on which strain gauges are arranged in a manner known per se, which are also connected in a known manner to form an electrical measuring bridge. If the free end 5 of the bending rod 2 is loaded and the bending rod is bent, the strain gauges experience a change in resistance due to their stretching, which is a measure of the force introduced and can usually be displayed and / or registered.

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. At the free end 5 of the bending rod 2, a bore 7 is provided, in the central axis of which the force P to be measured must be introduced as vertically as possible. For this purpose, a bolt 8 with a collar 9 is inserted into the bore 4, the collar 9 resting on the upper side of the bending rod. The collar 9 has a tapered recess 11 with a non-worked, that is, flattened or rounded tip in the bottom area and transfers the force P evenly around the bore 7 into the bending force transducer 1 in such a way that the resulting force coincides with the axis of the bore 7 .

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. In the conical recess 11, a load bolt 12 is supported, which has a cone with a rounded tip at its lower end, merges into a wide collar 13 at its upper end and finally with a pin of smaller diameter than the collar in a corresponding hole in the Middle of a leaf spring 14 engages. The leaf spring 14 is connected via spacers 15 and screws (or rivets) 16 to a second leaf spring 17 arranged above the first. A V-shaped weighing pan 18 is seated centrally on the upper leaf spring 17 and is inserted by means of a pin 20 into a hole in the leaf spring 17 lying exactly above the load bolt 12. In this weighing pan 18, the end cutting edge 19 of a weighing lever 21, which is part of a weighing lever mechanism known per se and therefore not shown, transmits the measuring force P to be determined in a known manner.

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. The end cutting edge 19 carried by the weighing lever 21 and the point connection arranged at the free end 5 of the bending rod 2 and formed by the pointed load bolt 12 and the tapered recess 11 determine the stable position of the force introduction without additional measuring forces occurring besides the measuring force.

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. In the area of the end of the weighing lever 21 carrying the cutting edge 19, a fixed and adjustable stop 22 can be arranged, which absorbs the force to be measured when it exceeds the permissible level and the spring system formed by the leaf springs 14, 17 is sprung accordingly.

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. In the modified embodiment shown schematically in FIG. 3, instead of the two leaf springs 14 and 17 and the spacers 15 separating them according to FIG. 1, two (or more) plate springs 24 are provided which abut one another at their edges. Otherwise, the arrangement and mode of operation of the embodiment according to FIG. 3 correspond to that in FIG. 1.

Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform, bei der statt der V-förmigen Pfanne 18 und der Schneide 19 FIG. 4 shows a further modified embodiment, in which instead of the V-shaped socket 18 and the cutting edge 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. 1 and 2, a cylindrical part 28 is provided, which is fixed in the middle by means of a lower pin 20 in the upper plate spring 27 (or also in the upper leaf spring 17). At its upper end, the part 28 has a ball rolling surface. The center of this spherical surface lies in or preferably below the tip of the load bolt 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. The upper spherical surface of the part 28 cooperates with a part 29, which is part of a (not shown) weighing-10 bridge and where the part 28 engages the part 29, is flat and horizontal and is surrounded by a guide edge. In the embodiments according to FIGS. 3 and 4, safety supports in the form of adjustable stops (cf. the stop 22 in FIG. 1) can again be provided. 15 The weighing platform, of which part 29 in FIG. 4 is a component, is supported on at least three bending force transducers 1 in the manner shown. Depending on how the radius of the spherical surface of the part 28 is chosen, there is a known indifferent or stabilizing effect 20 on the weighing platform.

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. In the illustrated and described embodiments, the spring system consisting of the leaf springs 14, 17 or the plate springs 24, 27 could also be replaced by an annular spring which is loaded diametrically 25, for example, in the vertical direction and, just like in FIGS. 1 to 4, between one Load pin 12 and a cutting edge 19 or a part 28 provided with a spherical surface is arranged. Such a ring spring can be produced in a known manner from an annularly closed, diametrically resilient piece made of elastic material.

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. In a further, modified embodiment of the invention, the pointed load bolt 12 engaging in the conical recess 11 can also be replaced by an elastic wire joint running in the direction of the force P. Here is a piece of wire elastic on all sides on the one hand with the free end 5 of the bending rod 2 and on the other hand with the lower leaf or plate spring 14 respectively. 24 firmly connected.

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. 5 and 6 can be achieved by assigning a longer leaf spring 117 to a leaf spring 114 corresponding to the leaf spring 14, in contrast to FIGS. 1 and 2 in FIG. 5 the leaf spring 114 is arranged at the top and the leaf spring 117 is arranged at the bottom. The arrangement consisting of the leaf springs 114, 117 and two spacers 115 surrounds the free end 5 of the bending rod 2 in a frame-like manner and is supported on the latter by means of the conical recess 11 and the load bolt 12. A weighing lever 121 is fork-shaped in accordance with the plan view of FIG. 6 and engages with two cutting edges 119 in pans 118 which are fastened to the free ends of the leaf spring 117 which project beyond the spacers 115.

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. 55 The connection of the spacers 115 to the leaf springs 114 and 117 takes place, as in FIGS. 1 and 2, by means of screws 116 and nuts. In this case, half the measuring force P / 2 is introduced into each pan 118.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

636 198 PATENT CLAIMS

1. Device for the sprung introduction of a force to be measured into a measuring body that can be subjected to bending, with strain gauges arranged thereon, characterized in that the force (P) to be measured as a compressive force via a weighing pressure bearing, in a compression spring (14, 15, 17; 24, 27) and is introduced into the measuring body (2) by a point connection (11, 12) in the same direction of force.

2. Device according to claim 1, characterized in that the compression spring consists of two leaf springs (14, 17) held at a mutual distance by spacers (15).

3. Device according to claim 1, characterized in that the compression spring comprises at least two disc springs (24, 27).

4. The device according to claim 1, characterized in that the compression spring consists of an annularly closed, diametrically resilient piece of elastic material.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the introduction of force takes place in the middle of the compression spring, preferably vertically.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the point connection comprises a load bolt (12) resting with its tip in a conical recess (11).

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the point connection comprises a wire joint running between the compression spring and the measuring body and elastic on all sides.

8. The device according to claim 1 or 2, characterized in that an arrangement formed by two leaf springs (114, 117) and two spacers (115) by means of the point connection (11, 12) on the leaf spring (114) above hanging with the measuring body (2, 5), and the measuring force (P) is introduced as a compressive force into the leaf spring (117) below.

9. The device according to claim 1, characterized in that the weighing pressure bearing is a cutting edge bearing with a V-shaped pan (18, 19) or a spherical rolling surface (28).