CH680309A5

CH680309A5 -

Info

Publication number: CH680309A5
Application number: CH119090A
Authority: CH
Inventors: Hans-Conrad Sonderegger; Franz Dr Kloucek
Original assignee: Kristal Instr Ag
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1992-07-31
Also published as: DE4109427A1

Description

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Beschreibung description

Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftmessscheibe zur Messung statischer und quasistatischer Kräfte z.B. in und zwischen Maschinenbauteilen sowie ein Verfahren zum Auffüllen der Kraftmessscheibe mit einem Druckübertragungsmedium. The invention relates to a force measuring disc for measuring static and quasi-static forces, e.g. in and between machine components and a method for filling the force measuring disc with a pressure transmission medium.

Kraftmessscheiben (die oft ringförmig sind) auf Dehnmessstreifen- oder Quarzkristallbasis sind seit Jahren eingeführte Kraftsensoren, die grosse Anwendung in Maschinen-Überwachungsanlagen, wie auch in der Prozesstechnik gefunden haben. Force measuring disks (which are often ring-shaped) based on strain gauges or quartz crystals have been force sensors that have been in use for years and have found great application in machine monitoring systems as well as in process technology.

In vielen Fällen sind die Dimensionen der Kraftmessscheiben den normierten Unterlagscheiben an-gepasst worden, damit sie möglichst einfach eingebaut werden können. In many cases, the dimensions of the force washers have been adapted to the standardized washers so that they can be installed as easily as possible.

Während piezoelektrische Kraftmessscheiben auf Quarzkristallbasis vor allem für hochdynamische oder stossweise Belastung geeignet sind, haben sich Dehnmessstreifen-Kraftmessscheiben für statische und quasistatische, also relativ langsame Kraftänderungen als geeignet erwiesen. While piezoelectric force measuring disks based on quartz crystals are particularly suitable for highly dynamic or intermittent loads, strain gauge force measuring disks have proven suitable for static and quasi-static, that is, relatively slow, force changes.

Nachdem Dehnmessstreifen-Kraftmessscheiben den sogenannten Poissoneffekt ausnützen, welcher Achsial- und Querausdehnung einer Messscheibe umfasst, muss dafür gesorgt werden, dass die Querausdehnung für alle Einbauverhältnisse unbeeinflusst gewährleistet bleibt. Dazu sind die Krafteinieitverhältnisse auf die Messscheibenoberflächen von ausschlaggebender Bedeutung. Eine Veränderung der Auflageflächen z.B. bei zunehmender Belastung ergibt Fehlmessungen. Gleitmittel zwischen den Kraftübertragungsflächen können Beeinflussung der Querausdehnung und damit weitere Fehlmessungen ergeben. Die Benützung des Poisseneffektes setzt somit eindeutig definierte Einbaudimensionen und -Verhältnisse voraus. Diese müssen den Prüfverhältnissen, unter welchen die DMS-Kraftmessscheiben kalibriert werden, genau entsprechen, ansonst Fehlmessungen auftreten. Die DMS-Kraftmessscheiben sind deshalb nur begrenzt universell einbaubar, da auch die geringste Behinderung des Poissoneffektes Hysterese und Unlinearität ergibt. Diese Erscheinungen sind in Fig. 1 bis 3 zum Stand der Technik dargestellt. After strain gauge force washers use the so-called Poisson effect, which includes the axial and transverse dimensions of a measuring disc, it must be ensured that the transverse dimension remains unaffected for all installation conditions. To this end, the force transmission ratios on the measuring disc surfaces are of crucial importance. A change in the contact surfaces e.g. with increasing load results in incorrect measurements. Lubricants between the power transmission surfaces can influence the transverse expansion and thus result in further incorrect measurements. The use of the Poissen effect therefore requires clearly defined installation dimensions and conditions. These must correspond exactly to the test conditions under which the strain gauge force washers are calibrated, otherwise incorrect measurements will occur. The strain gauge force washers can therefore only be installed universally to a limited extent, since even the slightest hindrance to the Poisson effect results in hysteresis and non-linearity. These phenomena are shown in Figs. 1 to 3 of the prior art.

Ziel der Erfindung ist es, statisch messende Kraftmessscheiben zu bauen, die völlig unabhängig von Poissoneffekt funktionieren und damit universell einbaubar sind. The aim of the invention is to build statically measuring force measuring disks that function completely independently of the Poisson effect and are therefore universally installable.

Ob die Krafteinleitung über beidseitige Rohrstücke oder über steife Platten oder Kombinationen davon erfolgt, soll auf Hysterese und Linearität keinen Einfluss haben. Der Käufer einer erfindungs-gemässen Kraftmessscheibe braucht sich um den Einbau keine Sorgen zu machen, auch nicht, ob Öle während des Betriebes zwischen die Kraftübertragungsflächen geraten können. Er wird stets auf die Kalibrierwerte, die vom Lieferanten mitgeliefert werden, zählen können. Whether the force is applied via double-sided pipe sections or rigid plates or combinations thereof should have no influence on hysteresis and linearity. The buyer of a force measuring disk according to the invention need not worry about the installation, not even whether oils can get between the force transmission surfaces during operation. He will always be able to count on the calibration values supplied by the supplier.

Das Erfindungsziel wird dadurch erreicht, dass die Kraftmessscheibe aus einem Sensorkörper mit eingebautem Drucksensor sowie einem Krafteinleitelement besteht, wobei zwischen Sensorkörper und Krafteinleitelement ein hermetisch abgeschlossener The object of the invention is achieved in that the force measuring disc consists of a sensor body with a built-in pressure sensor and a force introduction element, a hermetically sealed one between the sensor body and the force introduction element

Zwischenraum gebildet wird, der mit einem vorgespannten Druckübertragungsmedium gefüllt ist, dessen Druck vom Drucksensor gemessen wird und ein direktes Mass für die Kraft ergibt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Kraftmessscheiben liegt in der Tatsache, dass sie auf Seitenkräfte nahezu unempfindlich sind und nur auf Ach-sialkräfte reagieren. Ein weiterer interessanter Vorteil ist, dass die erfindungsgemässen Kraftmessscheiben unabhängig von den Dimensionen auf ein breites Belastungsspektrum abgestimmt werden können. Intermediate space is formed, which is filled with a prestressed pressure transmission medium, the pressure of which is measured by the pressure sensor and gives a direct measure of the force. Another advantage of the force measuring disks according to the invention lies in the fact that they are almost insensitive to lateral forces and only react to axial forces. Another interesting advantage is that the force measuring disks according to the invention can be matched to a wide range of loads regardless of their dimensions.

Diese Ziele können mit einfachen und teilweise bekannten Mitteln erreicht werden. Die Messkraft wird dabei über entsprechend gestaltete Kraftein-leit-Membranpartien in hydraulischen Druck umgewandelt, der nach bekannten Methoden mit handelsüblichem Drucksensor gemessen wird. Die Membrane des Drucksensors kann dabei ein Teil des Sensorkörpers sein, oder es kann ein fertiger Drucksensor in eine Bohrung des Sensorkörpers eingesetzt werden. Als Druckmedium kann ein spezielles Hochdruck-Hydrauliköl oder eine elastische Vergussmasse verwendet werden, sofern bescheidenere Genauigkeitsansprüche genügen. Da nur eine dünne Druckmediumschicht angewandt wird, ist die Steifigkeit der erfindungsgemässen Kraftmess-scheibe immer noch vergleichbar mit derjenigen einer Dehnmessstreifen-Messscheibe. Der Stand der Technik wie auch die Erfindung soll nun anhand von Figuren näher erläutert werden. These goals can be achieved with simple and partly known means. The measuring force is converted into hydraulic pressure via appropriately designed force introduction diaphragm sections, which is measured using known methods using a commercially available pressure sensor. The membrane of the pressure sensor can be part of the sensor body, or a finished pressure sensor can be inserted into a bore in the sensor body. A special high-pressure hydraulic oil or an elastic potting compound can be used as the pressure medium if more modest accuracy requirements are sufficient. Since only a thin layer of pressure medium is used, the rigidity of the force measuring disk according to the invention is still comparable to that of a strain gauge measuring disk. The prior art and the invention will now be explained in more detail with reference to figures.

Fig. 1 zeigt den Stand der Technik mit einer Kraft-messscheibe auf DMS-Basis. 1 shows the prior art with a force measuring disc based on a strain gauge.

A bedeutet eine ringförmige Krafteinleitung A means an annular application of force

B bedeutet eine plattenförmige Krafteinleitung. B means a plate-shaped application of force.

Fig. 2 zeigt das Kalibrierdiagramm mit Krafteinleitung A Fig. 2 shows the calibration diagram with force application A.

Fig. 3 zeigt das Kalibrierdiagramm mit Krafteinleitung B 3 shows the calibration diagram with force application B.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Kraftmess-scheibe im Querschnitt 4 shows a cross section of a force measuring disk according to the invention

Fig. 5 zeigt eine Variante einer erfindungsgemässen Kraftmessscheibe 5 shows a variant of a force measuring disk according to the invention

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemässen Kraftmessscheibe 6 shows a further variant of a force measuring disk according to the invention

Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Einbaus eines Sili-cium-Drucksensors Fig. 7 shows an example of the installation of a silicon pressure sensor

Fig. 8 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemässen Kraftmessscheibe mit Innengewinde 8 shows a further variant of a force measuring disk according to the invention with an internal thread

Fig. 9 zeigt eine volle Kraftmessscheibe, im Gegensatz zu den ringförmigen. Fig. 9 shows a full force measuring disc, in contrast to the annular ones.

Fig. 1 stellt den Stand der Technik dar. Ein Sensorkörper 1 mit einer umfänglichen Aussparung trägt auf deren Innenfläche eine Messfolie 2 (beispielsweise aufgeklebt) mit tangential und achsial wirksamen Dehnungsmesselementen 4 und 5. Der Sensorkörper 1 wird von einem Schutzring 3 umfasst, welcher die empfindlichen Messelemente hermetisch abdichtet. Eine der flanschseitigen Flächen der Aussparung trägt die ringförmige Sammelscheibe 6 für die von den Dehnungsmesselementen 4, 5 über die Verbindungsdrähte 8 zugeführten Messsi- Fig. 1 represents the prior art. A sensor body 1 with a circumferential recess carries on its inner surface a measuring film 2 (for example glued on) with tangentially and axially effective strain measuring elements 4 and 5. The sensor body 1 is surrounded by a protective ring 3, which the hermetically seals sensitive measuring elements. One of the flange-side surfaces of the recess carries the annular collecting disk 6 for the measuring signals fed from the strain measuring elements 4, 5 via the connecting wires 8.

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gnale, welche über weitere Verbindungsdrähte der Signalabführung 7 zugeleitet werden. Die durch Pfeile dargestellte Krafteinleitung kann beispielsweise über einen rohrförmigen (A, linke Zeichnungshälfte) oder einen plattenförmigen Krafteinleitungskörper (B, rechte Zeichnungshälfte) erfolgen. Die Fläche, über welche die Krafteinleitung erfolgt, beeinflusst über Poissoneffekt, wie eingangs erwähnt, sowie Reibungsverhalten sowohl Linearität wie Hysterese der in Fig. 2 und 3 dargestellten Messkurven. Experimentell zeigt sich, dass bei einer grösseren Krafteinleitungsfläche, wie sie durch plattenförmige Krafteinleitung erzeugt wird, auch die Hysterese grösser wird (Vergleich von Fig. 3 mit Fig. 2). signals which are fed via further connecting wires to the signal discharge 7. The force introduction represented by arrows can take place, for example, via a tubular (A, left half of the drawing) or a plate-shaped force introduction body (B, right half of the drawing). The surface over which the force is introduced influences the linearity and hysteresis of the measurement curves shown in FIGS. 2 and 3 via the Poisson effect, as mentioned at the beginning, and the friction behavior. It has been shown experimentally that the hysteresis increases with a larger force introduction surface, as is produced by plate-shaped force introduction (comparison of FIG. 3 with FIG. 2).

Die erfindungsgemässe Kraftmessscheibe kann entweder eine ringförmige (Fig. 4 bis 8) oder eine volle Scheibe (Fig. 9) sein. Eine ringförmige Kraftmessscheibe wird im folgenden als Kraftmessring bezeichnet. The force measuring disk according to the invention can either be an annular disk (FIGS. 4 to 8) or a full disk (FIG. 9). An annular force measuring disk is referred to below as a force measuring ring.

Sowohl Linearität und Hysterese der Messkurve werden durch die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung verbessert. Auch hier besteht der Kraftmessring aus einem Sensorkörper 10, in welchen die Kraft über einen Krafteinleitring 12 eingeleitet wird. Zwischen Krafteinleitring 12 und Sensorkörper 10 befindet sich ein Druckübertragungsmedium 19 in einem ringförmigen Hohlraum, der oben begrenzt wird durch eine Fläche des Krafteinleitringes, unten durch eine Fläche des Sensorkörpers und seitlich durch Aussenschweiss-flansch 15 und Innenschweissflansch 21. An einer umfänglichen Stelle des Sensorkörpers, befindet sich der links in der Zeichnung dargestellte Sensorteil, bestehend aus Druckmembran 16, Drucksensor 17 und Signalabführung 7 mit Ableitungsdrähten. Ein Verschlusszapfen 18 presst den Sensorkörper 17 gegen die Druckmembran 16. Wird nun auf die Krafteinleitoberfläche 20 eine Druckkraft ausgeübt, so überträgt sich diese über den Krafteinleitring 12 und die Ringmembranen (Aussenringmembran 13, Innen-ringmembran 14) auf das Druckübertragungsmedium 19, wobei ein Teil der eingeleiteten Kraft auch über den Aussenschweissflansch 15 und den Innenschweissflansch 21 direkt in den Sensorkörper 10 fliesst. Die Dicke und die Elastität der Ringmembranen 13, 14 bestimmen den Grad des Kraftnebenschlosses, d.h. den Anteil des Kraftflusses, der durch das Druckübertragungsmedium 19, und den andern, der durch die Ringmembrane 13,14 und die Flansche 15, 21 fliesst. Im Druckübertragungsmedium 19 verwandelt sich die dort eingeleitete Kraft in einen hydraulischen Druck, der sich durch das ganze Druckübertragungsmedium fortpflanzt. Eine irgendwo auf die Krafteinleitfläche 20 wirkende Druckkraft hat also einen Druck auf die Druckmembran 16 zur Folge, welche sich nach unten durchbiegt und auf diese Weise den Druck auf den Sensorkörper 17 (Drucksensor) überträgt. Aus der Zeichnung wird klar, dass eine längs der Krafteinleitungsfläche wirkende Scherkraft keinen hydrostatischen Druck im Druckübertragungsmedium 19 erzeugen kann und demzufolge durch den Drucksensor 17 nicht wahrgenommen wird. Im wesentlichen sind nur Kraftkomponenten senkrecht zur Krafteinleitfläche messwirksam, wodurch Hystereseerscheinungen praktisch vermieden werden. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt auch einen Überlastschutz. Der Sensorkörper 10 weist in seinem mittleren Bereich eine Erhebung auf, welche zwischen diesem und Krafteinleitring 12 im unbelasteten Zustand einen Spalt S frei lässt. Höchstens um diese Wirkhöhe S lässt sich der Krafteinleitring 12 durch Belastung senken, wodurch ein Höchstdruck im Drucküberlastungsmedium 19 definiert wird. Das Druckübertragungsmedium 19 wird durch einen in Fig. 4 nicht dargestellten Einfüllstutzen eingefüllt. Für hohe spezifische Drücke wird vorteilhafterweise ein Silikonöl verwendet. Bei nicht zu hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit können als Druckübertragungsmedien auch elastische Vergussmassen verwendet werden. Damit der zur Verfügung stehende Hohlraum mit Sicherheit vollständig ausgefüllt wird, wird das Druckübertragungsmedium vorteilhafterweise mit einem gewissen Überdruck eingefüllt (Vorspannung). Wenn auch Zugkräfte gemessen werden sollen (z.B. gemäss der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform), so muss der Überdruck entsprechend gross sein. Both linearity and hysteresis of the measurement curve are improved by the embodiment of the invention shown in FIG. 4. Here, too, the force measuring ring consists of a sensor body 10, into which the force is introduced via a force introduction ring 12. Between the force introduction ring 12 and the sensor body 10 there is a pressure transmission medium 19 in an annular cavity which is delimited at the top by a surface of the force introduction ring, at the bottom by a surface of the sensor body and laterally by an outer welding flange 15 and an inner welding flange 21. At a circumferential location of the sensor body, is the sensor part shown on the left in the drawing, consisting of pressure membrane 16, pressure sensor 17 and signal discharge 7 with lead wires. A locking pin 18 presses the sensor body 17 against the pressure membrane 16. If a pressure force is now exerted on the force introduction surface 20, this is transmitted via the force introduction ring 12 and the ring membranes (outer ring membrane 13, inner ring membrane 14) to the pressure transmission medium 19, some of which of the force introduced also flows directly into the sensor body 10 via the outer welding flange 15 and the inner welding flange 21. The thickness and the elasticity of the ring membranes 13, 14 determine the degree of force shunt, i.e. the proportion of the force flow that flows through the pressure transmission medium 19, and the other that flows through the annular membrane 13, 14 and the flanges 15, 21. In the pressure transmission medium 19, the force introduced there changes into a hydraulic pressure which is propagated through the entire pressure transmission medium. A pressure force acting somewhere on the force introduction surface 20 therefore results in pressure on the pressure membrane 16, which bends downward and in this way transmits the pressure to the sensor body 17 (pressure sensor). It is clear from the drawing that a shear force acting along the force introduction surface cannot generate hydrostatic pressure in the pressure transmission medium 19 and is therefore not perceived by the pressure sensor 17. Essentially, only force components perpendicular to the force application surface are effective, which practically avoids hysteresis. The embodiment of the invention shown in Fig. 4 also shows an overload protection. The sensor body 10 has an elevation in its central region, which leaves a gap S between it and the force introduction ring 12 in the unloaded state. The force introduction ring 12 can be lowered by a load at most by this effective height S, as a result of which a maximum pressure in the pressure overload medium 19 is defined. The pressure transmission medium 19 is filled through a filler neck, not shown in FIG. 4. A silicone oil is advantageously used for high specific pressures. If the demands on the measuring accuracy are not too high, elastic casting compounds can also be used as pressure transmission media. To ensure that the available cavity is completely filled with certainty, the pressure transmission medium is advantageously filled in with a certain overpressure (preload). If tensile forces are also to be measured (e.g. according to the embodiment shown in Fig. 7), the overpressure must be correspondingly large.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten erfindungsgemässen Ausführungsformen zeigen Varianten des Kraftmessringes. Beide Ausführungsformen enthalten keine Druckmembran 16 (dargestellt in Fig. 4), wodurch sich die eingeleitete Druckkraft unter Umwandlung in einen hydrostatischen Druck im Druckübertragungsmedium 19 direkt auf den Sensorkörper 17 überträgt. The embodiments according to the invention shown in FIGS. 5 and 6 show variants of the force measuring ring. Neither embodiment contains a pressure membrane 16 (shown in FIG. 4), as a result of which the pressure force introduced is transferred directly to the sensor body 17 by conversion into a hydrostatic pressure in the pressure transmission medium 19.

Unterschiedlich ist bei den in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung auch die konstruktive Ausgestaltung des Krafteinleitringes 12 und dessen Verbindung mit dem Sensorkörper 10. Die in Fig. 4 dargestellten Schweiss-stellen machen eine fertigungstechnisch unter Umständen schwierige Innenschweissung notwendig (schwierig bei kleinen Ringdurchmessern), während bei den Ausführungsformen nach Fig. 5 und 6 nur Aussenschweissungen erforderlich sind. Bei der Schweissung der Ausführungsform nach Fig. 6 ist sogar nur eine einzige Werkzeugeinspannung notwendig. In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist der Krafteinleitring 12 leicht überhöht. Erfolgt die Krafteinleitung z.B. über eine den ganzen Kraftmessring überdeckende Platte, so kann der Krafteinleitring 10 höchstens um den Betrag der Überhöhung gesenkt werden, wodurch wiederum ein Höchstdruck im Druckübertragungsmedium 19 definiert wird. Wie in der Ausführungsform nach Fig. 4 erhalten wir so einen Überlastschutz des Drucksensors. Die Höhe H wird versuchsmässig bestimmt. 4, 5 and 6 also differ in the structural design of the force introduction ring 12 and its connection to the sensor body 10. The welding points shown in FIG. 4 make an internal welding, which may be difficult in terms of production technology, necessary ( difficult with small ring diameters), while only external welds are required in the embodiments according to FIGS. 5 and 6. In the welding of the embodiment according to FIG. 6, only a single tool clamping is necessary. In the embodiment according to FIG. 6, the force introduction ring 12 is slightly elevated. If the force is applied e.g. over a plate covering the entire force measuring ring, the force introduction ring 10 can be reduced at most by the amount of the increase, which in turn defines a maximum pressure in the pressure transmission medium 19. As in the embodiment according to FIG. 4, we obtain overload protection of the pressure sensor. The height H is determined experimentally.

Fig. 7 stellt einen Drucksensor dar, wie er in den vorher dargestellten Ausführungsformen Verwendung findet. Es handelt sich um einen konventionellen bereits bekannten Si-Drucksensor. 30 bezeichnet den in den Ringkörper 10 eingeschweissten Sensorkörper, 31 das Si-Sensorelement, 32 den hohen Drücken standhaltenden Durchführungsleiter und 34 die Signalableitung. 7 illustrates a pressure sensor as used in the previously illustrated embodiments. It is a conventional Si pressure sensor that is already known. 30 denotes the sensor body welded into the ring body 10, 31 the Si sensor element, 32 the lead-through conductor that withstands the high pressures, and 34 the signal derivative.

Infolge des durch die Belastung im Druckmedium erzeugten hydrostatischen Druckes p erfährt das This is experienced as a result of the hydrostatic pressure p generated by the load in the pressure medium

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Sensorelement 31 eine Durchbiegung, die ein Mass für den Druck p darstellt und beispielsweise in einer Brückenschaltung gemessen wird. Sensor element 31 a deflection, which is a measure of the pressure p and is measured, for example, in a bridge circuit.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Krafteinleitelement 40 ein Innengewinde 41 trägt, in welches ein Bolzen 42 eingeschraubt wird. Eine Zugkraft Z wirkt sich dann gleich aus wie eine Druckkraft in den vorhergehenden Ausführungsformen, d.h. im Krafteinleitring 43 entsteht eine Druckkraft, welche sich im Druckübertragungsmedium 45 in einen hydrostatischen Druck umwandelt, der mittels eines Drucksensors 44 gemessen wird. Falls das Druckübertragungsmedium unter einem hinreichenden Überdruck eingefüllt wurde, können auch zu Z entgegengesetzte Kräfte eingeleitet werden. Der Drucksensor 44 misst dann eine Druckverminderung. 8 shows an embodiment of the invention in which the force introduction element 40 has an internal thread 41 into which a bolt 42 is screwed. A tensile force Z then has the same effect as a compressive force in the previous embodiments, i.e. A pressure force arises in the force introduction ring 43, which is converted into a hydrostatic pressure in the pressure transmission medium 45, which pressure is measured by means of a pressure sensor 44. If the pressure transmission medium has been filled in under sufficient excess pressure, forces opposite to Z can also be introduced. The pressure sensor 44 then measures a pressure reduction.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemässe Kraftmessscheibe, deren Sensorkörper 50 und Krafteinleitungsplatte 51 nicht ringförmig sind wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen, sondern eine volle Scheibe darstellen. Das Druckübertragungsmedium 55 ist hier in einem dünnen spaltförmigen Hohlraum enthalten, der zwischen Sensorkörper 50 und Krafteinleitungsplatte 51 liegt und, im Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausführungsformen, auch den zentralen Bereich der Kraftmessscheibe umfasst. Insbesondere bei grossen eingeleiteten Kräften wird dadurch die spezifische Belastung z.B. des Drucksensors 52 geringer und die Belastbarkeit nimmt zu. 54 stellt die Signalabführung dar. 9 shows a force measuring disk according to the invention, the sensor body 50 and force introduction plate 51 of which are not ring-shaped as in the previous embodiments, but represent a full disk. The pressure transmission medium 55 is contained here in a thin, gap-shaped cavity which lies between the sensor body 50 and the force introduction plate 51 and, in contrast to the previously illustrated embodiments, also includes the central region of the force measuring disc. Especially with large forces introduced, the specific load is e.g. of the pressure sensor 52 is lower and the load capacity increases. 54 represents the signal discharge.

Der Geltungsbereich der Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst alle Ausführungsformen einer Kraftmessscheibe, bei denen eine eingeleitete Kraft in einen hydrostatischen Druck umgewandelt und mittels eines Drucksensors gemessen wird. Dieser Drucksensor ist oft vom pie-zoresistiven Typ (Si-Technologie). Jedoch ist auch der Einsatz von andersartigen Drucksensoren möglich, beispielsweise vom piezoelektrischen Typ, oder auf Dehnungsmesselementen basierenden Typen. The scope of the invention is not limited to the embodiments shown in the figures, but includes all embodiments of a force measuring disc in which an introduced force is converted into a hydrostatic pressure and measured by means of a pressure sensor. This pressure sensor is often of the piezoresistive type (Si technology). However, it is also possible to use different types of pressure sensors, for example of the piezoelectric type, or types based on strain measuring elements.

Claims

1. force measuring disc for measuring static and quasi-static forces between and in machine components, characterized in that it consists of a sensor body (10, 43, 50) with built-in pressure sensor (17, 44) and a force introduction element (12, 40, 51), wherein between the sensor body (10, 43, 50) and force introduction element (12, 40, 51) a hermetically sealed cavity is formed, which is filled with a prestressed pressure transmission medium (19), the pressure of which is measured by the pressure sensor (17, 44, 52) and gives a direct measure of the force.

2. Force measuring disc according to claim 1, characterized in that it is annular.

3. Force measuring disc according to claim 1 or 2, characterized in that the force introduction element (12) is ring-shaped and via an outer (13) and an inner ring membrane (14) each with a subsequent outer and inner welding flange (15, 21) with the ring-shaped Sensor body (10) are connected to form the cavity.

4. Force measuring disc according to one of the claims

5 1 to 3, characterized in that the

Pressure transmission medium (19) adjacent area of the sensor body (10) as a pressure membrane

(16) is formed under which the pressure sensor

(17) by means of a locking pin (18)

10 spans.

5. Force measuring disc according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure sensor (30) is welded into a bore in the sensor body (10) and that the measurement signals via

15 pressure-resistant bushings (32) can be derived.

6. Force measuring disc according to one of claims 1 to 5, characterized in that the annular force introduction element (40) is provided with an internal thread (41) and that the force introduction via

20 a screw bolt (42) takes place.

7. Force measuring disc according to one of the preceding claims, characterized in that a silicone oil for high specific pressures is used as the pressure transmission medium (19).

25 8. Force measuring disc according to one of the preceding claims, characterized in that an elastic casting compound is used as the pressure transmission medium (19).

9. Force measuring disc according to one of the

30 end claims, characterized in that an overload stop (11) is attached to the sensor body (10), on which the force introduction element (12) rests when the effective stroke S is due to the displacement of the pressure transmission medium (19)

35 the sagging membrane of the pressure sensor (17) is exhausted.

10. Force measuring disc according to one of claims 1 to 8, characterized in that the radially central part of the force introduction element (12) counter-

40 has an elevation (H) above the other surface areas, whereby an overload protection is formed by the greatest possible pressure increase in the pressure transmission medium (19) being defined by this elevation.

45 11. A method for filling a force measuring disc according to one of claims 1 to 8 with a pressure transmission medium, characterized in that the pressure transmission medium (19) is introduced under excess pressure.

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