CH638310A5 - Force transducer - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmessdose gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a load cell according to the preamble of claim 1.
Derartige bekannte Kraftmessdosen werden allgemein zur30 mechanisch-elektrischen Messung von Kräften unterschie-lichen Ursprungs angewendet, sind jedoch insbesondere auch für Waagen geeignet, bei welchen die zu messende Kraft von . einer mit der Kraftmessdose verbundenen Wiegeplatte aufgenommen wird, wobei die Kraftmessdose durch eine Grund- 35 platte abgestützt wird. Such known load cells are generally used for the mechanical-electrical measurement of forces of various origins, but are also particularly suitable for scales in which the force to be measured is. a weighing plate connected to the load cell is received, the load cell being supported by a base plate.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftmessdose der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unempfindlich gegenüber exzentrisch auf die Kraftmessdose ausgeübten Kräften ist. 40 The object of the invention is to provide a load cell of the type mentioned, which is insensitive to eccentric forces exerted on the load cell. 40
Erfindungsgemäss weist zur Lösung dieser Aufgabe die Kraftmessdose die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale auf. According to the invention, the load cell has the features specified in the characterizing part of patent claim 1 to achieve this object.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Ansicht einer Waage mit einer erfindungsge-mässen Kraftmessdose, bei der Teile ausgebrochen sind und andere im Schnitt dargestellt sind; Figure 1 is a view of a scale with a load cell according to the invention, in which parts have broken out and others are shown in section.
Fig. 1A eine Ansicht der Waage der Figur 1 längs der Linie 1 A-1A der Figur 1, wobei einige Teile weggebrochen sind 50 und andere im Schnitt dargestellt sind; Figure 1A is a view of the scale of Figure 1 taken along the line 1A-1A of Figure 1, with some parts broken away 50 and others shown in section;
Fig. 2 eine Aufsicht auf die Waage der Figur 1, wobei ein Grossteil der Wiegeplatte weggebrochen ist; Figure 2 is a plan view of the scale of Figure 1, with a large part of the weighing plate broken away.
Fig. 3 eine Ansicht eines in der Kraftmessdose der Figur 1 verwendeten einstückigen Blocks in grösserem Massstab, wo- 55 bei die meisten anderen Teile entfernt sind; 3 is a larger-scale view of a one-piece block used in the load cell of FIG. 1, with most of the other parts removed;
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der Figur 3; 4 shows a cross section along the line 4-4 of FIG. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 der Figur 3; 5 shows a cross section along the line 5-5 of FIG. 3;
Fig. 6 ein Schaltbild, das die Dehnungsmesselemente der Kraftmessdose und den hierdurch gesteuerten elektrischen 60 Schaltkreis zeigt; 6 is a circuit diagram showing the strain gauge elements of the load cell and the electrical circuit controlled thereby;
Fig. 7 eine Ansicht des Kraftmessdosenblocks nach Figur 3, wobei gestrichelte Linien hinzugefügt sind, die die Störung des Blocks unter Belastung zeigen; Figure 7 is a view of the load cell block of Figure 3 with dashed lines added showing the block malfunctioning under load.
Fig. 8 eine der Figur 3 entsprechende Ansicht einer weite- 65 ren Ausführungsform der Erfindung; 8 shows a view corresponding to FIG. 3 of a further embodiment of the invention;
Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 der Figur 8; 9 shows a section along the line 9-9 of FIG. 8;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer geänderten Ausführungsform der Kraftmessdose; 10 is a perspective view of a modified embodiment of the load cell;
Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 10; Fig. 11 is a section along the line 11-11 of Fig. 10;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht, die der Figur 10 entspricht und eine weitere Ausführungsform zeigt; Figure 12 is a perspective view corresponding to Figure 10 and showing another embodiment;
Fig. 13 eine Ansicht einer Waage mit einer geänderten Kraftmessdose, wobei einige Teile ausgebrochen sind; 13 is a view of a balance with a modified load cell, with some parts broken away;
Fig. 14 einen Querschnitt längs der Linie 14-14 der Fig. 14 is a cross section along the line 14-14 of FIG.
13; 13;
Fig. 15 eine Teilansicht längs der Linie 15-15 der Fig. 13; Fig. 15 is a partial view taken along line 15-15 of Fig. 13;
Fig. 16 eine der Figur 13 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 16 shows a view corresponding to FIG. 13 of a further embodiment of the invention;
Fig. 17 eine Ansicht längs der Linie 17-17 der Fig. 16. 17 is a view taken along line 17-17 of FIG. 16. FIG.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine Waage, die eine Platte 1 auf einer Kraftmessdose 2 enthält, die auf einer festen Grundplatte 3 gehalten ist. Die Kraftmessdose 2 enthält einen einstückigen Block 4 aus elastischem Material, gewöhnlicherweise Metall, und besitzt eine rechteckförmige Gestalt, wie sich aus Figur 3 entnehmen lässt, in der die Kraftmessdose von anderen Teilen der Waage getrennt dargestellt ist. Eine Gruppe von vier Löchern 5a, 5b, 5c und 5d wird durch den Block von vorn nach hinten gebohrt, vergleiche Figuren 1 und 3. Die Löcher 5a und 5b stellen ein erstes vertikales Paar dar, die Löcher 5c und 5d stellen ein zweites vertikales Lochpaar dar. Die Achsen jedes vertikalen Lochpaares verlaufen in einer vertikalen Ebene. Ein oberer Spalt 6a (vergleiche Figur 3) wird durch den Block 4 geschnitten und verbindet die oberen Löcher 5a und 5c. Ein unterer Spalt 6b wird durch den Block geschnitten und verbindet die unteren Löcher 5b und 5d. Die Löcher 5a, 5b, 5c, 5d und die Schlitze oder Spalte 6a und 6b teilen den Block in zwei relativ feste vertikale Elemente 4a und 4b und drei relativ flexible horizontale Elemente 4c, 4d und 4e. Figures 1 to 6 show a scale that contains a plate 1 on a load cell 2, which is held on a fixed base plate 3. The load cell 2 contains a one-piece block 4 made of elastic material, usually metal, and has a rectangular shape, as can be seen from FIG. 3, in which the load cell is shown separately from other parts of the balance. A group of four holes 5a, 5b, 5c and 5d is drilled through the block from front to back, see Figures 1 and 3. Holes 5a and 5b represent a first vertical pair, holes 5c and 5d represent a second vertical hole pair The axes of each vertical pair of holes run in a vertical plane. An upper gap 6a (see FIG. 3) is cut through the block 4 and connects the upper holes 5a and 5c. A lower gap 6b is cut through the block and connects the lower holes 5b and 5d. Holes 5a, 5b, 5c, 5d and slots or gaps 6a and 6b divide the block into two relatively fixed vertical elements 4a and 4b and three relatively flexible horizontal elements 4c, 4d and 4e.
Das mittlere flexible horizontale Element 4d enthält ein flexibles Balkenelement 7, ein Biegeelement 8, das als Säule belastet ist, und ein flexibles Balkenelement 9. Das flexible Element 4d ist durch eine Gruppe von vier Löchern 1 la, 1 lb, 1 lc und 1 ld in zwei flexible Balkenelemente 7 und 9 und das Biegeelement 8 geteilt. Ein Spalt 12 erstreckt sich aufwärts vom Spalt 6b durch das Loch 1 ld und mündet im Loch 11c. Ein weiterer Spalt 13 erstreckt sich vom Spalt 6a abwärts durch das Loch 1 la und mündet in das Loch IIb. The middle flexible horizontal element 4d contains a flexible beam element 7, a bending element 8, which is loaded as a column, and a flexible beam element 9. The flexible element 4d is through a group of four holes 1 la, 1 lb, 1 lc and 1 ld divided into two flexible beam elements 7 and 9 and the bending element 8. A gap 12 extends upward from the gap 6b through the hole 11d and opens into the hole 11c. Another gap 13 extends from the gap 6a down through the hole 1 la and opens into the hole IIb.
Die Vorder- und die Rückseite des Biegeelements sind ausgenommen, wie an der Stelle 14 in Figur 4 gezeigt ist, so dass das Biegeelement 8 eine Querschnittsgestalt in Form eines I-Balkens aufweist. The front and the back of the bending element are excluded, as shown at point 14 in FIG. 4, so that the bending element 8 has a cross-sectional shape in the form of an I-beam.
Das flexible Element 7 enthält einen schmalen Halsbereich 7a zwischen den Löchern der Öffnungen 5a und 5b, der an seinem linken Ende einstückig mit dem vertikalen Element 4a verbunden ist, vergleiche Figur 3; das flexible Element 7 erstreckt sich vom schmalen Halsbereich 7a nach rechts zu einem Ansatz 7b, der einstückig mit dem oberen Teil des Biegeelements 8 ausgebildet ist. In ähnlicher Weise enthält das flexible Balkenelement 9 einen schmalen Halsbereich 9a, der an seinem rechten Ende einstückig mit dem mittleren Bereich des vertikalen Elements 4b ausgebildet ist, und das Balkenelement 9 erstreckt sich vom Hals 9a nach links bis zu einem Ansatz 9b, der einstückig mit dem Boden des Biegeelements 8 ausgebildet ist. The flexible element 7 contains a narrow neck region 7a between the holes of the openings 5a and 5b, which is integrally connected at its left end to the vertical element 4a, see FIG. 3; the flexible element 7 extends from the narrow neck region 7a to the right to an extension 7b which is formed in one piece with the upper part of the bending element 8. Similarly, the flexible beam member 9 includes a narrow neck portion 9a which is integral at its right end with the central portion of the vertical member 4b, and the beam member 9 extends from the neck 9a to the left to an extension 9b which is integral with it the bottom of the bending element 8 is formed.
Die vertikalen Elemente 4a und 4b und die oberen und unteren horizontalen Elemente 4c und 4e lassen sich als ein Rahmen bezeichnen, welcher das mittlere horizontale Element 4d umgibt, der ein fünftes Element des Kraftmessdosenblocks darstellt. The vertical elements 4a and 4b and the upper and lower horizontal elements 4c and 4e can be referred to as a frame which surrounds the central horizontal element 4d, which is a fifth element of the load cell block.
Ein Ständer 15 (Figur 1) besitzt zwei Bügelarme 15a, 15b, die mittels Schrauben 16 an der Vorderseite und der Rückseite des vertikalen Elements 4a befestigt sind. Die Bügelarme A stand 15 (FIG. 1) has two bracket arms 15a, 15b which are fastened by means of screws 16 to the front and the back of the vertical element 4a. The bow arms
638 310 638 310
erstrecken sich über den Block 4 und sind mit einem horizontalen Arm 15c verbunden, der mittels Schrauben 18 an einem Balken 20 befestigt sind, der einen Querschnitt mit umgedrehter Kanalform aufweist. Ein Tragkreuz 21 enthält zwei Seitenplatten 22 und zwei Endplatten 23. Jede Seitenplatte ist in ihrem mittleren Bereich, z.B. durch Schweissen, an einem Flansch des Balkens 20 befestigt, und ihr Endbereich steht von diesem Balken ab. Die Enden der Seitenplatten 22 sind z.B. durch Schweissverbindungen mit Koppelstücken 24 verbunden, die ebenfalls an den Enden der Endplatten 23 befestigt sind. Schrauben 25 erstrecken sich durch die Platte 1 und durch die Koppelstücke 24. Flügelmuttern 26 wirken mit den Schrauben 25 zusammen und halten die Platte auf dem Tragkreuz 21 an ihrem Platz. extend over the block 4 and are connected to a horizontal arm 15c which are fastened by means of screws 18 to a beam 20 which has a cross section with the channel shape turned over. A support cross 21 contains two side plates 22 and two end plates 23. Each side plate is in its central area, e.g. by welding, attached to a flange of the beam 20, and its end portion protrudes from this beam. The ends of the side plates 22 are e.g. welded to coupling pieces 24 which are also attached to the ends of the end plates 23. Screws 25 extend through the plate 1 and through the coupling pieces 24. Wing nuts 26 interact with the screws 25 and hold the plate on the support cross 21 in place.
Die Kraftmessdose 2 wird auf der Grundplatte 3 durch eine im wesentlichen ähnliche Haltestruktur gehalten, die nicht in Einzelheiten dargestellt ist und einen Ständer 17, The load cell 2 is held on the base plate 3 by a substantially similar holding structure, which is not shown in detail and a stand 17,
einen kanalförmigen Balken 19, Seitenplatten 27, Koppelstücke 28, Endplatten 29 und Schrauben 30 enthält. Die Schrauben 30 sind in die Grundplatte 3 geschraubt. contains a channel-shaped beam 19, side plates 27, coupling pieces 28, end plates 29 and screws 30. The screws 30 are screwed into the base plate 3.
Ein Block 31 ist im kanalförmigen Balken 19 befestigt. Eine Schraube 33 mit einem geschlitzten Ende 33a an ihrem unteren Ende und einem hexagonalen Kopf 33b an ihrem oberen Ende wird durch den Block 31 geschraubt. Diese Schraube kann mittels einer Gegenmutter 34 vertikal einjustiert werden und in jeder Stellung im Block 31 festgesetzt werden. Der Block 31 enthält eine Ausnehmung 31 a in seiner Oberfläche, und diese Ausnehmung kann einen Teil des Kopfes 33b aufnehmen. Die Schraube 33 dient als Überlaststopp, um die Abwärtsbewegung des vertikalen Elements 4a der Kraftmessdose zu begrenzen. Ein ähnlicher Überlaststopp ist im kanalförmigen Balken 20 vorgesehen. Dieses Stoppglied • enthält einen Block 35 und eine Schraube 36 mit einem angesetzten sechseckigen Kopf 36b und dient dazu, die Abwärtsbewegung der Platte bezüglich des vertikalen Elements 4b zu begrenzen. Die Dehnungsmesselemente 41 und 42 sind auf der oberen bzw. unteren Seite des schmalen Halsbereichs 7a angeordnet. Ähnliche Dehnungsmesselemente 43 und 44 sind auf der oberen und der unteren Seite des schmalen Halsbereichs 9a angeordnet. Wenn eine Last auf die Waage gelegt wird, werden die Dehnungsmesselemente 41 und 44 Druckbelastungen, und die Elemente 42 und 43 Zugbelastungen ausgesetzt. Diese Dehnungsmesselemente sind in einer Brückenschaltung 45 (Figur 6) verbunden, die an eine Speisequelle 46 angeschlossen ist, und deren Ausgangsanschlüsse an ein Anzeigegerät 47 angeschlossen sind, welches alternativ auch als Aufzeichnungsgerät ausgebildet sein kann. A block 31 is fastened in the channel-shaped bar 19. A screw 33 having a slotted end 33a at its lower end and a hexagonal head 33b at its upper end is screwed through the block 31. This screw can be adjusted vertically by means of a lock nut 34 and fixed in block 31 in any position. The block 31 has a recess 31 a in its surface, and this recess can receive a part of the head 33 b. The screw 33 serves as an overload stop to limit the downward movement of the vertical element 4a of the load cell. A similar overload stop is provided in the channel-shaped bar 20. This stop member • contains a block 35 and a screw 36 with an attached hexagonal head 36b and serves to limit the downward movement of the plate with respect to the vertical element 4b. The strain measuring elements 41 and 42 are arranged on the upper and lower sides of the narrow neck region 7a. Similar strain gauges 43 and 44 are arranged on the upper and lower sides of the narrow neck portion 9a. When a load is placed on the scale, the strain gauges 41 and 44 are subjected to compressive loads and the elements 42 and 43 are subjected to tensile loads. These strain gauges are connected in a bridge circuit 45 (FIG. 6), which is connected to a feed source 46 and whose output connections are connected to a display device 47, which can alternatively also be designed as a recording device.
Es wird nun der erste Zustand betrachtet, bei dem die Mittellinie der Last vertikal mit dem Mittelpunkt des vertikalen Elements 4a fluchtet. Der Rahmen 4a, 4b, 4c, 4e wird ähnlich wie ein Parallelogrammgestände ausgelenkt, so dass die Elemente 4a und 4b vertikal bleiben, das Element 4a bewegt sich jedoch seitlich auf das Element 4b zu. Das Element 4c wird mit Zug belastet, und das Element 4e erfährt eine Druckbelastung. Jeglichem durch die Last hervorgerufenen Moment wird durch die flexiblen Elemente 4c und 4e Widerstand geleistet. Die Momente, die an entgegengesetzten Enden des Elements 8 wirken, sind im wesentlichen gleich und einanderent-gegengesetzt und gleichen sich daher aus. Irgendein über das mittlere flexible Element 4d übertragene Moment ist zu klein, um bedeutend zu sein. Unter idealen Bedingungen verbleibt das Element 8 vertikal. Das Element 8 ist an seinen schmalen Halsbereichen zwischen den Löchern IIa und 11c und zwischen den Löchern 1 ld und 1 lb so flexibel, dass es sich leicht in seitlichen Richtungen biegt und daher kein Moment überträgt. Die einzige Belastung im Element 4d erfolgt daher aufgrund des Gewichts der Last, und die Dehnungsmesselemente Now consider the first state in which the center line of the load is vertically aligned with the center of the vertical member 4a. The frame 4a, 4b, 4c, 4e is deflected like a parallelogram, so that the elements 4a and 4b remain vertical, but the element 4a moves laterally towards the element 4b. The element 4c is loaded with tension and the element 4e is subjected to a compressive load. Any moment caused by the load is resisted by the flexible elements 4c and 4e. The moments that act on opposite ends of the element 8 are essentially the same and opposite to each other and therefore balance each other. Any moment transmitted through the middle flexible element 4d is too small to be significant. Under ideal conditions, element 8 remains vertical. The element 8 is so flexible at its narrow neck areas between the holes IIa and 11c and between the holes 1 ld and 1 lb that it bends slightly in lateral directions and therefore does not transmit any moment. The only load in element 4d is therefore due to the weight of the load and the strain gauges
41,42,43 und 44 messen diese Last genau, und diese Messung erscheint an der Anzeigeeinrichtung 47. 41, 42, 43 and 44 measure this load exactly, and this measurement appears on the display device 47.
Unter derartigen Belastungsbedingungen werden die Spalte 12 und 13 leicht verengt, wenn Last angelegt ist. Under such load conditions, columns 12 and 13 are slightly narrowed when a load is applied.
5 Es soll nun die Situation betrachtet werden, bei der die Last nicht mit dem vertikalen Element 4a fluchtet. Zum Beispiel soll der Zustand betrachtet werden, bei dem sich der Schwerpunkt der Last in der Mitte der linken Kante der Platte 1 befindet, vergleiche Figur 2. Die Last übt dann ein 10 Moment im Gegenuhrzeigersinn auf den oberen Bereich des in Figur 3 dargestellten vertikalen Elements 4a aus, welches danach trachtet, das flexible Element 4c mit Zug zu belasten und das flexible Element 4e mit Druck zu belasten. Wenn der Schwerpunkt der Last in Figur 2 längs der horizontalen Mit-15 tellinie der Platte 1 nach rechts bewegt wird, ändert sich die Richtung des Moments vom Gegenuhrzeigersinn zum Uhrzeigersinn, wenn der Schwerpunkt über das vertikale Element 4a läuft. Während sich die Last weiter nach rechts bewegt, belastet das Moment zunehmend das flexible Element 4c mit 20 Druck und das Element 4e mit Zug. Unter bestimmten Lastbedingungen sind daher die Belastungsrichtungen in den Elementen 4c und 4e den Belastungen unter gewissen anderen Lastbedingungen entgegengesetzt. 5 Let us now consider the situation in which the load is not aligned with the vertical element 4a. For example, consider the state where the center of gravity of the load is in the center of the left edge of plate 1, see Figure 2. The load then exerts a counterclockwise moment on the top of the vertical element shown in Figure 3 4a, which seeks to load the flexible element 4c with tension and to load the flexible element 4e with pressure. If the center of gravity of the load in Figure 2 is moved to the right along the horizontal center line of the plate 1, the direction of the moment changes from counterclockwise to clockwise when the center of gravity passes over the vertical element 4a. As the load moves further to the right, the moment increasingly loads the flexible element 4c with 20 pressure and the element 4e with tension. Under certain load conditions, the load directions in elements 4c and 4e are therefore opposite to the loads under certain other load conditions.
Je nach der Exzentrizität der Last können die Spalte 12 25 und 13 beide verengt oder beide erweitert sein, oder es kann ein Spalt verengt und der andere erweitert sein. Das Biegeelement 8 verbleibt immer im wesentlichen vertikal, obwohl es typischerweise unter den meisten Lastbedingungen leicht aus der Vertikalen abweicht. Depending on the eccentricity of the load, gaps 12, 25 and 13 can both be narrowed or both expanded, or one gap can be narrowed and the other expanded. The flexure 8 always remains substantially vertical, although it typically deviates slightly from the vertical under most load conditions.
30 Wenn die Last auf der Platte 1 exzentrisch Hegt, wird dem vertikalen Element 4a sowohl eine abwärts gerichtete Kraft, die ein Mass für die Last oder das Gewicht ist, als auch ein Moment übertragen, dessen Richtung von der Entfernung des Schwerpunkts der Last bezüglich der Mitte der Platte ab-35 hängt. Das Moment trachtet danach, den Block 4 dadurch zu verwinden, dass es das obere Ende des vertikalen Elements 4a bezüglich dessen unterem Ende seitlich bewegt. Dieses Moment kann entweder senkrecht zur Ebene des Papiers oder parallel zur Papierebene wirken. Im Moment irgendeiner be-40 stimmten exzentrischen Belastung können normalerweise Momente in diesen beiden Richtungen vorhanden sein, und normalerweise sind derartige Momente auch vorhanden. When the load on the plate 1 is eccentric, the vertical element 4a is given both a downward force, which is a measure of the load or the weight, and a moment, the direction of which from the distance of the center of gravity of the load with respect to the Middle of the plate hangs-35. The moment seeks to twist the block 4 by moving the upper end of the vertical member 4a laterally with respect to its lower end. This moment can act either perpendicular to the plane of the paper or parallel to the plane of the paper. At the moment of any particular eccentric load, there may normally be moments in these two directions, and there are usually moments of that kind.
Wenn ein Moment senkrecht zur Papierebene vorhanden ist, widersteht sowohl das obere flexible Element 4c und das 45 untere flexible Element 4e diesem Moment, und diese Elemente werden von diesem Moment belastet. Im mittleren flexiblen Element 4d ist jedoch das Biegeelement 8 von diesem Moment leicht und ohne grössere Belastung gebogen. Diese Leichtigkeit bei der Biegung in dieser Richtung wird durch 50 die Ausnehmungen 14 (Figur 4) erleichtert, die es dem Biegeelement 8 ermöglichen, sich leichter zu biegen als die breiteren Ansätze 7b, 9b, mit denen das Biegeelement einstückig verbunden ist. Bevor sich das Biegeelement 8 weit genug durchbiegt, um merklich belastet zu werden, erzeugen die Elemente 55 4c und 4e genügend Spannung oder Beanspruchung, um dem Moment zu widerstehen. Das gesamte Moment wird im wesentlichen durch die Elemente 4c und 4e aufgenommen, durch das fünfte Element 4d wird im wesentlichen kein Moment ^ aufgenommen. If there is a moment perpendicular to the plane of the paper, both the upper flexible element 4c and the lower flexible element 4e resist this moment and these elements are loaded by this moment. From this moment, however, the bending element 8 in the middle flexible element 4d is bent slightly and without greater stress. This ease of bending in this direction is facilitated by 50 the recesses 14 (Figure 4), which allow the bending element 8 to bend more easily than the wider lugs 7b, 9b with which the bending element is integrally connected. Before the bending element 8 bends far enough to be noticeably loaded, the elements 55 4c and 4e generate enough tension or stress to withstand the moment. The entire moment is essentially absorbed by elements 4c and 4e, and essentially no moment is absorbed by fifth element 4d.
Wie bei den Momenten parallel zur Papierebene widersteht das mittlere Element 4d keinen Druck- oder Zugkräften, die über die schmalen Halsbereiche 7a und 9a ausgeübt werden. Dagegen biegt sich einfach das Biegeelement 8 an seinen 65 schmalen Halsbereichen in der geforderten Weise, um sich an die an die Enden des flexiblen Elements 4d angreifenden Kräfte anzupassen, ohne dass eine wesentliche Beanspruchung durch dieses Element übertragen würde. As with the moments parallel to the plane of the paper, the middle element 4d does not withstand any compressive or tensile forces which are exerted over the narrow neck regions 7a and 9a. On the other hand, the bending element 8 simply bends at its 65 narrow neck regions in the required manner in order to adapt to the forces acting on the ends of the flexible element 4d without a substantial stress being transmitted by this element.
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Bei allen beliebigen Momenten oder Kombinationen aus Komponenten von Momenten werden die Dehnungsmesselemente 41,42,43 und 44, die auf dem flexiblen Element 4d angeordnet sind, nicht durch Momente, sondern nur durch auf die Platte 1 vertikal ausgeübte Kräfte belastet. Die Nichtab-geglichenheit der Brückenschaltung 45 hängt daher nur vom Gewicht der auf die Platte 1 gelegten Last ab, und dieses Gewicht wird von der Anzeigeeinrichtung 47 ohne Störung durch irgendein durch exzentrische Belastung hervorgerufenes Moment angezeigt. For any moments or combinations of components of moments, the strain measuring elements 41, 42, 43 and 44, which are arranged on the flexible element 4d, are not loaded by moments, but only by forces exerted vertically on the plate 1. The non-alignment of the bridge circuit 45 therefore only depends on the weight of the load placed on the plate 1, and this weight is displayed by the display device 47 without interference from any moment caused by eccentric loading.
Die Figuren 8 und 9 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des einstückigen Blocks 51 zur Verwendung in einer Kraftmessdose entsprechend der in Figur 1 dargestellten Kraftmessdose. Vier Öffnungen oder Löcher 52a, 52b, 52c und 52d sind durch den Block 51 hindurchgearbeitet. Die Löcher 52a und 52c sind durch einen oberen Spalt 53a verbunden. Die Löcher 52b und 52d sind durch einen unteren Spalt 53b verbunden. Die Löcher 52a, 52b, 52c und 52d und die Spalte 53a und 53b teilen den Block 51 in zwei relativ feste vertikale Elemente 51aund51bunddrei relativ flexible horizontale Elemente 51c, 51d und 51e. Ein Spalt 54 erstreckt sich vom Spalt 53a abwärts, er erstreckt sich fast die gesamte Strecke durch das flexible Element 51d. Ein ähnlicher Spalt 55 erstreckt sich vom Spalt 53b aufwärts fast die gesamte Strecke durch das Element 51d. Die Spalte 54 und 55 teilen das flexible Element 51d in zwei flexible Balkenelemente 56 und 57, die durch ein vertikales Biegeelement 58 getrennt sind. Das Biegeelement 58 ist an seinem oberen und unteren Ende an den Stellen 58a mit Kerben versehen, vergleiche Figur 8. Die Kerben 58a erhöhen die Flexibilität des Biegeelements 8 in Abhängigkeit von den Momenten parallel zur Papierebene, vergleiche Figur 8. Das Biegeelement 58 ist ebenso an seinen Vorder- und Rückflächen mit Kerben versehen, vergleiche 58b (Figur 9). Diese Seiten des Biegeelements 58 sind mit Ausnehmungen 58c versehen. Diese Ausnehmungen 58c und die Kerben 58b erhöhen die Flexibilität des Biegeelements 58 in Abhängigkeit von Momenten, die senkrecht zur Papierebene wirken, vergleiche Figur 8. Es lassen sich auch die Kerben gemäss 58b bei jeder anderen Ausführungsform der Erfindung verwenden, sofern dies erwünscht ist. FIGS. 8 and 9 show a modified embodiment of the one-piece block 51 for use in a load cell corresponding to the load cell shown in FIG. 1. Four openings or holes 52a, 52b, 52c and 52d are machined through block 51. The holes 52a and 52c are connected by an upper gap 53a. The holes 52b and 52d are connected by a lower gap 53b. Holes 52a, 52b, 52c and 52d and gaps 53a and 53b divide block 51 into two relatively rigid vertical members 51a and 51b and three relatively flexible horizontal members 51c, 51d and 51e. A gap 54 extends downwards from the gap 53a, and extends almost the entire distance through the flexible element 51d. A similar gap 55 extends from gap 53b up almost the entire distance through element 51d. The gaps 54 and 55 divide the flexible element 51d into two flexible beam elements 56 and 57, which are separated by a vertical bending element 58. The bending element 58 is provided with notches at its upper and lower ends at points 58a, see FIG. 8. The notches 58a increase the flexibility of the bending element 8 as a function of the moments parallel to the paper plane, see FIG. 8. The bending element 58 is also on notched its front and back surfaces, see 58b (Figure 9). These sides of the bending element 58 are provided with recesses 58c. These recesses 58c and the notches 58b increase the flexibility of the bending element 58 as a function of moments which act perpendicular to the paper plane, compare FIG. 8. The notches according to 58b can also be used in any other embodiment of the invention, if this is desired.
Der Betrieb des Blocks 51 ist dem Betrieb des Blocks 4 ähnlich, der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 7 beschrieben wurde. The operation of block 51 is similar to the operation of block 4 described in connection with Figures 1-7.
Die Figuren 10 und 11 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des Kraftmessdosenblocks, die bei der Waage nach den Figuren 1 bis 6 anstelle des Blocks 4 verwendet werden kann. FIGS. 10 and 11 show a modified embodiment of the load cell block which can be used instead of block 4 in the balance according to FIGS. 1 to 6.
Der Block 61 besitzt einen Aufbau, der in Frontansicht eine rechteckförmige Gestalt besitzt. Vier Löcher 62a, 62b, 62c und 62d sind durch den Block gebohrt. Die Löcher 62a und 62c sind durch den Spalt 63 miteinander verbunden. Die Löcher 62b und 62d sind durch einen Spalt 64 verbunden. Die Löcher 62a, 62b, 62c und 62d und die Spalte 63 und 64 teilen den Block 61 in zwei relativ feste vertikale Elemente 61a und 61b und drei relativ flexible horizontale Elemente 61c, 61d und 6le. Das Element 61 d ist mit vier Löchern oder Öffnungen 65 versehen. Die linken Löcher 65 sind durch einen Spalt 66 verbunden, der sich aufwärts vom Spalt 64 erstreckt. Die beiden rechten Löcher 65 sind durch einen Spalt 67 verbunden, der sich abwärts vom Spalt 63 erstreckt. Die Löcher 65 und die Spalte 66 und 67 teilen das mittlere Element 61b in zwei flexible Balkenelemente 68 und 69 und ein vertikales Biegeelement 70. Das vertikale Balkenelement 68 erstreckt sich vom vertikalen festen Element 61a über einen schmalen Halsbereich 72 bis zu einer integralen Verbindung mit dem oberen Bereich des Biegeelements 70. Das flexible Balkenelement 69 erstreckt sich vom vertikalen Element 61b über einen schmalen Halsbereich 73 bis zu einer integralen Verbindung mit dem unteren Bereich des Biegeelements 70. Die schmalen Halsbereiche 72 und 73 sind in vertikaler Richtung beträchtlich breiter als die schmalen Halsbereiche 7a und 9a der Figur 5 3. Der schmale Halsbereich 72 ist an seinen einander gegenüberliegenden Flächen mit zwei Ausnehmungen 72a, 72b versehen (vergleiche Figur 11), die einen dünnen Steg 74 in der Mitte des schmalen Halsbereichs 72 stehen lassen. Zwei Bohrungen 75 sind durch einen dünnen Steg 74 gebohrt, die nur 10 einen schmalen Brückenteil belassen, der sich horizontal über die Mitte des Stegs 74 erstreckt. Die Dehnungsmesselemente 76,77,78 und 79 sind an einander gegenüberliegenden Flächen des Brückenteils des Stegs 74 angeordnet. Das obere und das untere Dehnungsmesselement 76 und 77 sind um 45° ge-15 genüber der Horizontalen angeschrägt und verlaufen in gegeneinander senkrechten Richtungen. Die beiden anderen Dehnungsmesselemente 78 und 79 sind ähnlich orientiert, mit der Ausnahme, dass das Dehnungsmesselement 78 senkrecht zu dem unmittelbar gegenüberliegenden Dehnungsmessele-20 ment 76 angeordnet ist. Diese Dehnungsmesselemente 76,77, 78 und 79 messen anstelle der Druck- und Zugbelastungen die Scherbeanspruchung. The block 61 has a structure which has a rectangular shape in a front view. Four holes 62a, 62b, 62c and 62d are drilled through the block. The holes 62a and 62c are connected to each other by the gap 63. The holes 62b and 62d are connected by a gap 64. Holes 62a, 62b, 62c and 62d and gaps 63 and 64 divide block 61 into two relatively fixed vertical elements 61a and 61b and three relatively flexible horizontal elements 61c, 61d and 6le. The element 61 d is provided with four holes or openings 65. The left holes 65 are connected by a gap 66 that extends upward from the gap 64. The two right holes 65 are connected by a gap 67 which extends downward from the gap 63. The holes 65 and the gaps 66 and 67 divide the central element 61b into two flexible beam elements 68 and 69 and a vertical bending element 70. The vertical beam element 68 extends from the vertical fixed element 61a over a narrow neck area 72 to an integral connection with the upper region of the bending element 70. The flexible beam element 69 extends from the vertical element 61b over a narrow neck region 73 to an integral connection with the lower region of the bending element 70. The narrow neck regions 72 and 73 are considerably wider in the vertical direction than the narrow neck regions 7a and 9a of FIG. 5 3. The narrow neck area 72 is provided on its opposite surfaces with two recesses 72a, 72b (see FIG. 11), which leave a thin web 74 in the middle of the narrow neck area 72. Two bores 75 are drilled through a thin web 74, which only 10 leave a narrow bridge part that extends horizontally over the center of the web 74. The strain measuring elements 76, 77, 78 and 79 are arranged on mutually opposite surfaces of the bridge part of the web 74. The upper and lower strain gauges 76 and 77 are beveled at 45 ° to 15 degrees from the horizontal and run in mutually perpendicular directions. The two other strain measuring elements 78 and 79 are oriented similarly, with the exception that the strain measuring element 78 is arranged perpendicular to the directly opposite strain measuring element 76. These strain gauges 76, 77, 78 and 79 measure the shear stress instead of the compressive and tensile loads.
Die Vorder- und Rückseiten des Blocks 71 zwischen den vertikalen Elementen 61a und 61b sind ausgenommen, wie an 25 der Stelle 61f gezeigt ist, so dass der mittlere Teil des Blocks dünner als die vertikalen Elemente 61a und 61b ist. Dieser Aufbau bewirkt, dass die mit den Ausnehmungen versehenen Teile des Blocks in Abhängigkeit von einer gegebenen Last stärker beansprucht werden, so dass dadurch die Dehnungs-30 messelemente 76,77,78 und 79 empfindlicher sind. The front and back sides of the block 71 between the vertical members 61a and 61b are recessed, as shown at 25 at location 61f, so that the central part of the block is thinner than the vertical members 61a and 61b. This structure means that the parts of the block provided with the recesses are subjected to greater stress as a function of a given load, so that the strain measuring elements 76, 77, 78 and 79 are more sensitive.
Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kraftmessdosenblocks 81. Der Block ist mit vier Löchern 8 la, 8 lb, 81c und 81d versehen. Die Löcher 81a und 81c werden durch einen Spalt 82 verbunden. Die Löcher 81b und 81d werden 35 durch einen Spalt 83 verbunden. Die Löcher 81 und die Spalte . 82 und 83 teilen den Block in zwei vertikale Elemente und drei horizontale Elemente, wie das bei den anderen Ausführungsformen der Fall ist. Die Löcher 81c und 81d besitzen beträchtlich grössere vertikale Abmessungen als die Löcher 81a und 40 81b, so dass ein schmaler Halsbereich 84 zwischen den Löchern 81c und 81d wesentlich schmaler als der Halsbereich 85 zwischen den Löchern 81a und 81b ist. Dehnungsmesselemente 86 und 87 werden nur auf dem schmalen Halsbereich 84 angeordnet, der stärker beansprucht wird als der dickere 45 Halsbereich 85, wodurch die Anordnung empfindlicher ist. Die Ausbildung eines breiten und eines schmalen Halsbereiches macht den Zellenblock als Ganzes steifer (aufgrund des breiteren Halsbereichs 85) ohne Verlust an Empfindlichkeit (da die Dehnungsmesselemente auf dem schmalen Halsbe-50 reich 84 angeordnet sind). Die anderen Teile dieser Struktur des Blocks 81 entsprechen denjenigen des Blocks 4 und brauchen daher nicht näher erläutert werden. Es sei bemerkt, dass das linke Paar der inneren Löcher durch einen vertikalen Spalt durchschnitten wird, der in den Figuren 1 bis 7 und 12 55 vom oberen horizontalen Spalt abzweigt, und dass das linke Paar der inneren Löcher durch einen vertikalen Spalt durchschnitten wird, der in den Figuren 8 und 9 vom unteren horizontalen Spalt abzweigt. Dagegen wird das rechte Paar der inneren Löcher durch einen vertikalen Spalt durchschnitten, der 60 in den Figuren 1 bis 7 und 12 vom unteren horizontalen Spalt abzweigt, das rechte Paar der inneren Löcher wird dagegen durch einen vertikalen Spalt durchschnitten, der in den Figuren 8 und 9 vom oberen horizontalen Spalt abzweigt. Im Aufbau gemäss den Figuren 1 bis 7 und 12 erfahrt das zentrale 65 Biegeelement 8 oder 88 durch eine Last auf der Platte 1 eine Zugbeanspruchung, während bei dem Aufbau gemäss den Figuren 8 und 9 das zentrale Biegeelement 58 und 70 eine FIG. 12 shows a further embodiment of the load cell block 81. The block is provided with four holes 8 la, 8 lb, 81c and 81d. The holes 81a and 81c are connected by a gap 82. The holes 81b and 81d are connected 35 by a gap 83. The holes 81 and the column. 82 and 83 divide the block into two vertical elements and three horizontal elements, as is the case with the other embodiments. Holes 81c and 81d have considerably larger vertical dimensions than holes 81a and 40 81b, so that a narrow neck area 84 between holes 81c and 81d is significantly narrower than neck area 85 between holes 81a and 81b. Strain gauges 86 and 87 are only placed on the narrow neck area 84, which is more stressed than the thicker neck area 85, making the arrangement more sensitive. The formation of a wide and a narrow neck area makes the cell block as a whole stiffer (due to the wider neck area 85) without loss of sensitivity (since the strain gauges are arranged on the narrow neck area 84). The other parts of this structure of block 81 correspond to those of block 4 and therefore do not need to be explained in more detail. It should be noted that the left pair of inner holes is intersected by a vertical gap that branches from the upper horizontal gap in FIGS. 1 through 7 and 12 55, and that the left pair of inner holes is intersected by a vertical gap that branches off from the lower horizontal gap in FIGS. 8 and 9. In contrast, the right pair of inner holes is intersected by a vertical gap which branches 60 from FIGS. 1 to 7 and 12 from the lower horizontal gap, the right pair of inner holes is intersected by a vertical gap which is shown in FIGS 9 branches off from the upper horizontal gap. In the construction according to FIGS. 1 to 7 and 12, the central bending element 8 or 88 is subjected to a tensile load by a load on the plate 1, while in the construction according to FIGS. 8 and 9 the central bending element 58 and 70 is subjected to a tensile stress
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Druckbeanspruchung erfährt. Zur Verwendung in einer exzentrischen Lasten auftritt, d.h. aufgrund von Lasten, die Experiences pressure stress. Occurs for use in an eccentric load, i.e. due to loads that
Waage werden diejenigen Ausführungsformen bevorzugt, bei horizontal von der Mittellinie 122 der Platte 101 beabstandet denen das zentrale Biegeelement einer Zugbelastung unter- ausgeübt werden. Scales are preferred in those embodiments in which the central bending element is subjected to tensile loading, spaced horizontally from the center line 122 of the plate 101.
worfen wird. Alle Kraftmessdosen sind jedoch universal in Die Querschnittflächen an den Stellen 114 und 121 müs- will throw. However, all load cells are universal in The cross-sectional areas at points 114 and 121 must
dem Sinne einsetzbar, dass sie sich zur Messung sowohl von s sen erhöht werden, wenn der Abstand L, grösser als der Ab-Druckbelastungen als auch von Zugbelastungen eignen. stand L2 ist, diese Erhöhung der Querschnittsflächen liefert usable in the sense that they are increased for the measurement of s sen if the distance L is greater than the down pressure loads as well as tensile loads. was L2, this increase in cross-sectional areas provides
Die Figuren 13 bis 15 zeigen eine Waage einschliesslich im wesentlichen einen grösseren Widerstand gegenüber aus-einer Platte 101, die auf einer Kraftmessdose 102 gehalten ist, sermittigen Lasten. Die dargestellte Struktur ist steifer und wobei die Lastzelle 102 auf einer festen Grundplatte 103 ange- besitzt eine grössere Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz ordnet ist. Die Kraftmessdose 102 enthält einen einstückigen 10 als dies der Fall wäre, wenn L) gleich L2 wäre. Eine derartig Block 104 aus elastischem Material, gewöhnlicherweise Me- höhere Eigenfrequenz hat eine schnellere Antwort der Waage tali, und sie enthält vier elektrische Widerstands-Dehnungs- bezüglich schnell ausgeübter Belastungen zur Folge. Sie er-messelemente 105a, 105b, 105c und 105d. möglicht auch die Verwendung einer höheren Grenzfrequenz FIGS. 13 to 15 show a balance including essentially a greater resistance to loads emitted by a plate 101, which is held on a load cell 102. The structure shown is stiffer and the load cell 102, arranged on a fixed base plate 103, has a larger natural frequency or resonance frequency. The load cell 102 includes a one-piece 10 as would be the case if L) were L2. Such a block 104 made of elastic material, usually a higher natural frequency, has a faster response from the balance tali, and it contains four electrical resistance-strain-related results with regard to rapidly applied loads. They measure elements 105a, 105b, 105c and 105d. also allows the use of a higher cut-off frequency
Der Block 104 enthält zwei horizontal beabstandete, sich in einem Hochpassfilter im Ausgang der Schaltung, welche vertikal erstreckende Elemente 104a und 104b und drei verti- 15 die Widerstandselemente 105a, 105b, 105c und 105d enthält, kal beabstandete, horizontal verlaufende Elemente 104c, Je grösser die Rauschfrequenzen sind, die abgeschnitten wer- Block 104 contains two horizontally spaced, horizontally spaced, horizontally extending elements 104c, the larger, in a high-pass filter in the output of the circuit, which contains vertically extending elements 104a and 104b and three vertically 15 resistance elements 105a, 105b, 105c and 105d are the noise frequencies that are cut off
104d und 104e. Das vertikal verlaufende Element 104a ist mit den, desto weniger niederfrequentes Rauschen wird in den einem einstückigen und seitlich abstehenden Flügel 106 verse- elektronischen Schaltungen empfangen, an die die Wider-hen, der sich am unteren Ende nach aussen erstreckt. Der Flü- standselemente angeschlossen sind. 104d and 104e. The vertically extending element 104a with the, the less low-frequency noise is received in the one-piece and laterally projecting wing 106 verse electronic circuits to which the contra, which extends outwards at the lower end. The floating elements are connected.
gel 106 ist mittels Schrauben 107 an der Grundplatte befe- 20 Die ebene Oberfläche des mittleren Elements 104b macht stigt. Eine Unterlage 108 trennt den Boden des Flügels 106 es leichter, die Dehnungsmesselemente 105 anzubringen und von der Grundplatte 103. eine gute Verbindung zwischen den Dehnungsmesselementen Gel 106 is fastened to the base plate by means of screws 107. The flat surface of the middle element 104b makes the surface steady. A pad 108 separates the bottom of the wing 106, it is easier to attach the strain gauges 105 and from the base plate 103. a good connection between the strain gauges
Das sich vertikal erstreckende Element 104b ist an dem und der darunter liegenden Oberfläche zu erhalten. Es sind oberen Ende mit einem ähnlichen einstückigen Flügel 111 vier Dehnungsmesselemente vorgesehen, wobei die Messele-versehen. Der Flügel 111 ist mittels Schrauben 112 an der 25 mente 105a und 105c vertikal mit einem reduzierten Bereich Platte 101 befestigt. Eine Unterlage 113 ist zwischen dem Flü- 117 fluchten und die Elemente 105b und 105d vertikal mit gel 111 und der Platte 101 angeordnet. Das sich horizontal er- dem anderen reduzierten Bereich 117 fluchten. The vertically extending member 104b is obtainable on and below the surface. There are four end strain gauges provided with a similar one-piece wing 111, the Messele-provided. The wing 111 is fastened by means of screws 112 to the 25 elements 105a and 105c vertically with a reduced area plate 101. A base 113 is aligned between the alignment 117 and the elements 105b and 105d are arranged vertically with gel 111 and the plate 101. The other reduced area 117 is aligned horizontally.
streckende obere Element 104c besitzt zwei horizontal beab- Bevorzugt werden alle vier Elemente 105 auf einer einzi- stretching upper element 104c has two horizontally spaced-preferably all four elements 105 on a single
standete Bereiche mit reduziertem Querschnitt, vergleiche gen Bahn aus Kunststoffmaterial angeordnet, vergleiche Fi-114, die durch Ausnehmungen mit bogen-förmigem Quer- 30 gur 15, so dass der grösste Teil der Brückenschaltung einschnitt in der oberen Oberfläche des Blocks 104 erzeugt sind, schliesslich dieser Elemente auf einer einzigen Kunststoffbahn und es sind ähnlich ausgerichtete Ausnehmungen mit bogen- 123 angeordnet ist. Lediglich ein einzelnes Teil, das Bahnma-förmigem Querschnitt in der unteren Oberfläche des Elements terial 123, muss dann sorgfältig bezüglich der reduzierten Be-104c vorgesehen. reiche 117 angeordnet werden. Wenn die Widerstandsele- Steady areas with a reduced cross-section, compare arranged web made of plastic material, compare Fi-114, which are formed by recesses with an arc-shaped transverse gur 15, so that most of the bridge circuit cut in the upper surface of the block 104, finally of these elements on a single plastic sheet and there are similarly aligned recesses with arc-123. Only a single part, the Bahnma-shaped cross-section in the lower surface of the element 123, must then be carefully considered with respect to the reduced Be-104c. rich 117 to be arranged. If the resistance elements
Die Bereiche mit minimalem Querschnitt 114 sind durch 35 mente separat angebracht werden, muss jedes dieser vier Wieinen Abstand Lj horizontal von einander beabstandet. Der derstandselemente sorgfaltig angeordnet werden. Wie in Fi-Block 104 besitzt zwei Querbohrungen 115 und 116 mit unre- gur 15 dargestellt ist, werden fünf Anschlüsse von der Kunst-gelmässiger Kontur, die das sich horizontal erstreckende Eie- Stoffbahn 123, welche die Elemente 105 trägt, herausgeführt, ment 104d von den oberen und unteren Elementen 104c und um die Einfügung von Eich-Widerstandselementen in die 104e trennen. Die obere Oberfläche des mittleren, horizontal 40 Schaltung zu erleichtern. The minimum cross-sectional areas 114 are separately separated by 35 meters, each of these four how must be spaced horizontally Lj apart. The stand elements are carefully arranged. As shown in Fig. 104 has two transverse bores 115 and 116 with an adjustment 15, five connections are made from the synthetic contour that leads out the horizontally extending egg material web 123, which carries the elements 105, ment 104d disconnect from the top and bottom elements 104c and to insert calibration resistance elements into the 104e. The top surface of the middle, horizontal 40 circuit to facilitate.
verlaufenden Elements 104d ist eben, und die vier Dehnungs- Der Block 104 kann aus Stabmaterial hergestellt werden, messelemente 105a, 105b, 105c und 105d sind auf dieser ebe- welches aus einer Fräse herauskommt und dessen Abmessun-nen Oberfläche angeordnet. Das mittlere Element 104d be- gen nicht genau kontrolliert werden müssen. Die verschiede-sitzt zwei horizontal beabstandete Bereiche 117 mit reduzier- nen Löcher, Öffnungen und Ausnehmungen im Stabmaterial tem Querschnitt, die durch zwei Ausnehmungen mit bogen- 45 lassen sich durch eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine förmigem Querschnitt in der unteren Oberfläche festgelegt herstellen. Durch Verwendung von Ausnehmungen 114 in sind. Die Bereiche 117 mit minimalem Querschnitt im mittle- den äusseren Oberflächen der oberen und unteren Elemente ren Element 104d sind horizontal durch einen Abstand L2 104a, 104b wird sichergestellt, dass alle Abmessungen, welche voneinander getrennt. das Verhalten der Kraftmessdose kritisch beeinflussen, zwi- extending element 104d is flat, and the four expansion blocks 104 can be made of rod material, measuring elements 105a, 105b, 105c and 105d are on this one, which comes out of a milling cutter and whose dimensions are arranged on the surface. The middle element 104d does not have to be checked precisely. The different-sits two horizontally spaced areas 117 with reduced holes, openings and recesses in the rod material tem cross-section, which by two recesses with arches 45 can be established by a numerically controlled milling machine shaped cross-section in the lower surface. By using recesses 114 in. The areas 117 with minimal cross-section in the middle outer surfaces of the upper and lower elements ren element 104d are horizontal by a distance L2 104a, 104b ensures that all dimensions are separated from each other. influence the behavior of the load cell critically, between
Das untere Element 104e ist ebenfalls mit zwei Bereichen 50 sehen den Oberflächen liegen, die durch Betrieb der Fräsma-121 mit minimalem Querschnitt versehen, die denjenigen des schine, nicht dagegen durch irgendeine Oberfläche des uroberen Elements 104c ähnlich angeordnet sind und horizon- sprünglichen Stabmaterials, erzeugt werden. Die effektive tal denselben Abstand Li voneinander aufweisen. Der Ab- Höhe H des Blocks 104 liegt zwischen der horizontalen Mitstand Lj besitzt mindestens den doppelten Wert des Abstan- tellinie der reduzierten Bereiche 114 und der horizontalen des L2 und kann bis zum 6fachen Wert von L2 betragen. 55 Mittellinie der reduzierten Bereiche 121. Die obere Ebene The lower element 104e is also provided with two areas 50, the surfaces provided by the operation of the milling cutter 121 with a minimal cross-section, which are arranged similarly to those of the machine, but not by any surface of the upper element 104c, and horizontal bar material, be generated. The effective tal have the same distance Li from each other. The height H of the block 104 lies between the horizontal center line Lj has at least twice the distance line of the reduced areas 114 and the horizontal line of the L2 and can be up to 6 times the value of L2. 55 Center line of the reduced areas 121. The upper level
Dadurch, dass Li grösser als L2 gewählt wird, erhöht sich Oberfläche des Elements 104d auf der die Dehnungsmessele-das Trägheitsmoment des äusseren Parallelogramms, welches mente 105 angeordnet sind, befindet sich einen Abstand H/2 aus den vertikalen Elementen 104a und 104b und den hori- von jeder dieser horizontalen Mittellinien entfernt. Die ebene zontalen Elementen 104c und 104e besteht. Die Vertikalab- Oberfläche auf dem Element 104d enthält somit die neutrale messungen der reduzierten Bereiche 114 und 121 sind kleiner 60 Achse der Kraftmessdose 102. Alle Drehmomente, die durch als die Vertikalabmessungen der reduzierten Bereiche 117 im aussermittige Lasten auftreten, besitzen daher an der neutramittleren Element 104d. Die Federrate oder -zahl der oberen len Achse der Messdose einen minimalen Einfluss. Diese Aus-und unteren Elemente 104c, 104e betragen zusammen etwa 10 Wirkungen derartiger aussermittiger Lasten erscheinen daher Prozent der Federzahl des mittleren Elements 104d. Das mitt- nicht im Ausgangssignal der Dehnungsmessschaltung. The fact that Li is chosen to be greater than L2 increases the surface area of the element 104d on which the strain gauges — the moment of inertia of the outer parallelogram, which elements 105 are arranged — there is a distance H / 2 from the vertical elements 104a and 104b and the hori - removed from each of these horizontal center lines. The flat zonal elements 104c and 104e are made. The vertical surface on the element 104d thus contains the neutral measurements of the reduced areas 114 and 121 are smaller than the 60 axis of the load cell 102. All torques which occur as eccentric loads due to the vertical dimensions of the reduced areas 117 therefore have on the neutral element 104d. The spring rate or number of the upper len axis of the load cell has a minimal impact. These off and lower elements 104c, 104e together amount to approximately 10 effects of such eccentric loads therefore appear as a percentage of the number of springs of the central element 104d. That is not in the output signal of the strain measuring circuit.
lere Element 104d trägt daher den grössten Anteil der vertika-65 Element 104d therefore bears the largest share of vertika-65
len Last, die zentral auf die Platte 101 ausgeübt wird, die obe- Die Dicke der Unterlage 108 bestimmt die Auslenkung ren und die unteren Elemente 104c und 104e widerstehen da- des vertikalen Elements 104b, bie dem die Basis 103 als Über-gegen am meisten dem Drehmoment, welches aufgrund von laststopp für das untere Ende des Elements 104b dient. The load exerted centrally on the plate 101, the top- The thickness of the support 108 determines the deflection ren and the lower elements 104c and 104e resist the vertical element 104b, in which the base 103 is the most opposed the torque that serves for the lower end of element 104b due to load stop.
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Die seitlichen Oberflächen des Elements 104d sind weggeschnitten, um dieses Element wesentlich dünner als das obere und das untere Element 104c und 104e zu machen, vergleiche Figur 14. Durch diese geringe Dicke wird das Element 104d weniger widerstandsfähig bezüglich aussermittiger Lasten, so dass der grösste Teil derartiger Lasten vom oberen und unteren Element 104c und 104d aufgenommen wird. The side surfaces of element 104d are cut away to make this element significantly thinner than the top and bottom elements 104c and 104e, see Figure 14. This small thickness makes element 104d less resistant to off-center loads, so that most of it such loads are received by the upper and lower members 104c and 104d.
Die Figuren 16 und 17 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kraftmessdose 102 der Figuren 13 und 14 durch die Kraftmessdose 126 ersetzt ist, die einen Block 127 aus elastischem Material und vier Dehnungsmesselemente 128a, 128b, 128c und 128d enthält. Der Aufbau der Kraftmessdose 126 ist im wesentlichen der gleiche wie bei der Kraftmessdose 102, mit der Ausnahme, dass das mittlere Element 104d der Kraftmessdose 102 durch zwei parallele Elemente 131 und 132 ersetzt ist. Die reduzierten Bereiche der Elemente 131 und 132 sind durch zwei sich schneidenden Bohrungen 133,134 festgelegt, die auch als die beiden mittleren Elemente trennend beschrieben werden können. Das obere Element 131 besitzt eine obere ebene Oberfläche, die von der neutralen Achse der Kraftmessdose um einen Abstand X entfernt ist. Die untere Oberfläche des Elements 132 ist ebenfalls eben und ist von der neutralen Achse der Kraftmessdose 126 um den Abstand X beabstandet. FIGS. 16 and 17 show a further embodiment of the invention, in which the load cell 102 of FIGS. 13 and 14 is replaced by the load cell 126, which contains a block 127 made of elastic material and four strain measuring elements 128a, 128b, 128c and 128d. The structure of the load cell 126 is essentially the same as that of the load cell 102, except that the central element 104d of the load cell 102 is replaced by two parallel elements 131 and 132. The reduced areas of the elements 131 and 132 are defined by two intersecting bores 133, 134, which can also be described as separating the two middle elements. Upper member 131 has an upper flat surface that is a distance X from the neutral axis of the load cell. The lower surface of the element 132 is also flat and is spaced from the neutral axis of the load cell 126 by the distance X.
Die Elemente 131 und 132 nehmen einen grösseren Anteil der durch aussermittige Lasten erzeugten Drehmomente auf als das Element 104d der Figur 13 und 14. Trotzdem besitzen die Beanspruchungen aufgrund derartiger Lasten einen gleichen und entgegengesetzten Effekt auf die Brückenschaltung, die die Dehnungsmesselemente 128 enthält, so dass sich diese Effekte aufheben. Der Betrieb der Anordnung gemäss den Figuren 16 und 17 ist ansonsten im wesentlichen dem Betrieb der Anordnung nach den Figuren 13 und 14 ähnlich. The elements 131 and 132 take up a larger proportion of the torques generated by off-center loads than the element 104d of FIGS. 13 and 14. Nevertheless, the stresses due to such loads have an equal and opposite effect on the bridge circuit which contains the strain measuring elements 128, so that cancel out these effects. The operation of the arrangement according to FIGS. 16 and 17 is otherwise essentially similar to the operation of the arrangement according to FIGS. 13 and 14.
Bei der Struktur nach den Figuren 16 und 17 heben sich alle thermischen Beanspruchungen gegenseitig auf, die von der Erwärmung der Elemente 131 und 132 - entweder durch den durch die Dehnungsmesselemente fliessenden elektrischen Strom oder durch andere Quellen hervorgerufen - herrühren, so dass die Anzeige der Waage durch derartige thermische Beanspruchungen nicht beeinflusst wird. In the structure according to FIGS. 16 and 17, all thermal stresses cancel each other out, which result from the heating of the elements 131 and 132 - either caused by the electrical current flowing through the strain measuring elements or by other sources - so that the display of the balance is not influenced by such thermal stresses.
Bei der Struktur nach den Figuren 13 und 14 erfolgt ebenfalls eine Selbstkorrektur der thermischen Beanspruchungen auf die Dehnungsmesselemente 105. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, bei denen die Temperaturen der Dehnungsmesselemente 105 nicht gleich sind, kann eine thermische Beanspruchung angetroffen werden, die sich nicht selbst aufhebt. In diesem Fall lässt sich vorteilhafterweise die Anordnung gemäss den Figuren 16 und 17 verwenden. 5 Obwohl es als vorteilhaft angesehen wird, alle vier Dehnungsmesselemente 105 auf einer einzigen Kunststoffmaterialbahn anzubringen, lassen sich auch getrennte Dehnungsmesselemente verwenden, oder es lassen sich Dehnungsmesselemente paarweise auf jeweils einer von zwei Kunststoffbah-io nen anordnen. In the structure according to FIGS. 13 and 14, there is also a self-correction of the thermal stresses on the strain measuring elements 105. Under certain operating conditions, in which the temperatures of the strain measuring elements 105 are not the same, a thermal stress can be encountered which does not cancel itself out. In this case, the arrangement according to FIGS. 16 and 17 can advantageously be used. 5 Although it is considered advantageous to mount all four strain gauges 105 on a single plastic material web, separate strain gauges can also be used, or strain gauges can be arranged in pairs on one of two plastic webs.
Bei der exzentrischen Belastung, von der in der Beschreibung die Rede ist, bezieht sich die Exzentrizität auf die geometrische Mitte der Kraftmessdose, d.h. auf den Schnittpunkt der Mittellinie 122 mit der oberen Oberfläche der Kraftmess-i5 dose, vergleiche Figur 14. For the eccentric load, which is mentioned in the description, the eccentricity refers to the geometric center of the load cell, i.e. to the point of intersection of the center line 122 with the upper surface of the force measuring box, see FIG. 14.
Die Flügel 111 und 106 ermöglichen es, dass die Kraftmessdose mittels Schrauben entweder des britischen oder des metrischen Masssystems von der Platte 101 und der Grundplatte 103 befestigt werden kann. Die Schrauben sind nicht 2o mit den Flügeln 111 und 106 verschraubt, sondern laufen durch die Flügel mit geringem Spiel hindurch. Die Schrauben 112 werden nur in die Muttern unter dem Flügel 111 geschraubt. Die Schrauben 107 werden nur in die Grundplatte geschraubt. The wings 111 and 106 enable the load cell to be attached to the plate 101 and the base plate 103 by means of screws of either the British or the metric measurement system. The screws are not screwed 2o to wings 111 and 106, but run through the wings with little play. The screws 112 are only screwed into the nuts under the wing 111. The screws 107 are only screwed into the base plate.
25 Die üblichen Abmessungstoleranzen von Fräsmaschinen sind nicht klein genug, um innerhalb der zulässigen Fehlergrenze die geforderten Eigenschaften zu ergeben. Nach dem Anbringen der Dehnungsmesselemente 105 ist es notwendig, die Lastzelle dadurch zu eichen, dass kleine Materialmengen 30 abgefeilt oder auf andere Art selektiv von einem oder mehreren der verringerten Bereiche 114,117 und 121 entfernt werden. Wenn Material auf diese Weise entfernt wird, wird es von der am wenigsten empfindlichen Seite der Kraftmessdose entfernt. Wenn die Dehnungsmesselemente hinterher entfernt 35 oder ersetzt werden, ist eine weitere Eichung durch selektives Abnehmen von Material erforderlich. 25 The usual dimensional tolerances of milling machines are not small enough to give the required properties within the permissible error limit. After attaching the strain gauges 105, it is necessary to calibrate the load cell by filing small amounts of material 30 or selectively removing it from one or more of the reduced areas 114, 117 and 121 in some other way. If material is removed in this way, it will be removed from the least sensitive side of the load cell. If the strain gauges are subsequently removed or replaced, further calibration by selective removal of material is required.
Idealerweise ist es wünschenswert, dass das obere und das untere Element 104c und 104e nur die durch exzentrische Belastungen hervorgerufene Drehmomente aufnehmen, und 40 dass das mittlere Element 104d nur die vertikalen Lasten aufnimmt. Dieser Idealzustand lässt sich nicht erreichen. Durch die richtige Auslegung und Eichung der Elemente 104c, 104d und 104e nähern sich die Eigenschaften jedoch, wie beschrieben, dem Idealzustand innerhalb beliebiger zugelassener 45 Fehlergrenzen an. Ideally, it is desirable that the upper and lower members 104c and 104e absorb only the torques caused by eccentric loads, and 40 that the middle member 104d only take the vertical loads. This ideal state cannot be achieved. However, by correctly designing and calibrating elements 104c, 104d and 104e, the properties, as described, approach the ideal state within any permitted 45 error limits.
C C.
4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings
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