CN105829846A - 用于手操作的或气动的压力机的力传感器 - Google Patents

用于手操作的或气动的压力机的力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种力传感器(1)，其具有中央轴线(A)和外直径DA，用以测量在手操作的或气动的压力机(2)中轴向出现的力(F)。力传感器(1)包括在螺栓(3)与螺母(4)之间预夹紧的压电式力测量环(5)，力测量环具有插头接口(6)，其中，螺母(4)具有内端面(7)，内端面具有带内螺纹(9)的第一孔(8)，第一孔具有第一直径(D1)。此外，螺栓(3)具有连续的孔(28)以及头部(11)以及空心膨胀螺钉(12)，空心膨胀螺钉具有内直径(DI)和前侧的外螺纹(13)，空心膨胀螺钉贯穿力测量环(5)并嵌入到螺母(4)的内螺纹(9)中。根据本发明，螺母(4)或头部(11)具有第二孔(14)，第二孔具有比空心膨胀螺钉(12)的内直径(DI)更小的第二直径(D2)，其中，第二孔(14)的直径(D2)至少为已提到的外直径(DA)的四分之一并且第二孔(14)的长度(L)至少与其直径(D2)一样长，并且其中，第二孔(14)的内壁(15)被设计为用于滑动配合的定中心收纳部。

Description

用于手操作的或气动的压力机的力传感器
技术领域
本发明涉及一种力传感器，其具有下部的环状支承面和上部的环状支承面以及外直径DA，所述力传感器用以测量在手操作的或气动的压力机中轴向出现的力，该力传感器包括在螺栓与螺母之间预夹紧的压电式力测量环，该力测量环具有插头接口，其中，螺母具有带内螺纹的第一孔，该第一孔具有第一直径，并且其中，螺栓具有头部以及空心膨胀螺钉，该空心膨胀螺钉具有内直径DI并具有前侧的外螺纹，该空心膨胀螺钉贯穿力测量环并嵌入螺母的内螺纹。
背景技术
上述类型的力传感器被用于各种各样的目的并例如以压力传感器(英文：PressForceSensor)的名字被销售。
例如，在EP1590641中描述了这种力传感器。作为现有技术在该处给出的测量传感器由商用力传感器构成，该商用力传感器夹紧在螺栓与螺母之间，其中，不仅螺栓而且螺母在其外侧上具有中央螺纹孔用以安置工件。这种实施方式需要非常大的结构高度。
作为关于结构高度被改进的实施方式，在同一文献中描述了一种装置，在该装置中，传感器被设计为直接集成在螺栓中。为了固定到毗邻的工件上，要么设置连续的中央孔，设置多个较小的螺纹孔在螺栓和螺母的前侧的外表面上，要么设置具有缩进部的中央孔，该缩进部作为内支承面用于被引导穿过该孔的固定螺钉的螺钉头。具有集成传感器的实施方式虽然要求较低的结构高度，但是总体上比具有单独传感器的实施方式更贵，因为不能使用传统的传感器。
例如，使用这种力传感器以能够测量由手操作的或气动的压力机所施加的力。因为这种压力机的行程由系统造成地不是非常高，所以插入到其中的力传感器例如在最高60kN的手动压力机中不应高于50mm。此外重要的是，在力传感器的两个在外的端侧上的收纳装置可容易地匹配压力机生产商的预先规定。
发明内容
本发明的目的是描述一种前述类型的具有中央轴线的力传感器，该力传感器用于测量最高60kN的在手操作的或气动的压力机中轴向出现的力，该力传感器具有较低的结构高度，但总体上在生产中更有利。此外，还应能测量最高10kN、优选地甚至最高18kN的拉力。
本发明的目的由根据本发明的具有第一个权利要求的特征的力传感器实现。在独立权利要求4中描述了替代方案。在从属权利要求中描述了其他的有优势的实施方式。
根据本发明，螺母具有第二孔，该第二孔具有比空心膨胀螺钉的内直径DI更小的第二直径，该第二孔贯穿螺母，其中，第二孔的直径至少为外直径的四分之一。此外，第二孔的长度至少与其直径一样长。此外，根据本发明，第二孔的内表面被设计为用于滑动配合的定中心收纳部。
在替代的实施方式中，螺栓和螺母的设置被交换，其中，具有所有已描述特征的第二孔于是被设计在螺栓的头部中。
力传感器的外直径DA基本上等于螺母的外直径，螺母的外直径又基本上与力测量环的外直径和螺栓的外直径同样大。
这种装置在生产中是有利的，因为可使用传统的力测量环。作为例子，建议KistlerInstrumenteAG公司的9040A型传感器。
由此减少了结构高度，其方法是，在螺母中或在螺栓的头部中设计用于安置夹紧工具的装置，该装置的形式为用于滑动配合的定中心收纳部。该装置例如在直径14mm的情况下被制造具有允差H70/+0.018，由此确保了具有最小游隙的滑动配合H7/g6。由此，设有相应的收纳螺栓的工具可设置在期望的定中心收纳部中并利用该工具的收纳螺栓以定中心方式插入力传感器中。可借助从外部可接近的无头螺钉来实现固定。因此，工具的装配和拆卸非常容易。此外，该装配总是确保了定中心地且防翻倒地收纳所述工具。
根据本发明，收纳螺栓可设计成长形并可深入地伸入到螺栓中，因为空心膨胀螺钉具有比第二孔更大的内直径。特别地，收纳螺栓还可完全穿透力传感器并视需要而定地桥接所述力测量，而无需为此移除力传感器。于是，仅路径测量被执行。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明。其中：
图1在横截面中示出了根据本发明的力传感器的示意图；
图2示出了根据本发明的力传感器的示意图，该力传感器具有安置在其上的收纳螺栓和夹紧螺栓；
图3在示意图中示出了根据本发明的力传感器的替代实施方式，该力传感器具有安置在其上的收纳螺栓和夹紧螺栓。
图4示出了具有根据本发明的力传感器的手动压力机的示意图。
具体实施方式
图1示出力传感器1，该力传感器具有外直径DA和中央轴线A，其用以测量在根据图4的手操作的或气动的压力机2中轴向出现的力F，该力传感器各具有下部和上部的环状支承面10，10‘。该力传感器包括在螺栓3与螺母4之间预夹紧的压电式力测量环5，该力测量环具有插头接口6。外直径DA在螺母4的区域中基本上与在螺栓3和力测量环5的区域中同样大。
螺母4具有内端面7，该内端面具有带有内螺纹9的第一孔8，该第一孔具有第一直径D1。此外，根据第一实施方式，该螺母具有下部的环状支承面10。螺栓3具有头部11以及在中央孔28中具有空心膨胀螺钉12，该空心膨胀螺钉具有内直径DI。此外，空心膨胀螺钉12具有前侧的外螺纹13，该空心膨胀螺钉贯穿力测量环5并嵌入到螺母4的内螺纹9中。根据本发明，在根据本发明的第一设计方案中，螺母4具有第二孔14，该第二孔具有比空心膨胀螺钉12的内直径DI更小的第二直径D2，该第二孔贯穿螺母4，其中，第二孔的直径D2至少为已提到的外直径DA的四分之一并且第二孔14的长度L至少与其直径D2一样长。此外，第二孔的内壁15被设计为用于滑动配合H7/g6的、具有品质H7的定中心收纳部15。
在图3中示出根据本发明的替代设计方案。与根据本发明的第一变型方案相反，螺母4和螺栓3的取向交换：螺栓3的头部11现在具有下部的环状支承面10并还具有第二孔14，该第二孔具有所有已提到的特征、特别是具有用于滑动配合的内壁15上的定中心收纳部并具有所有已提到的尺寸及这些尺寸的比例。
压电式力测量环5是按照现有技术的商用传感器。该传感器包括壳体16，该壳体具有在其中在膜片17之下装入并预夹紧的压电式测量元件18以及具有插头接口6。
在优选的实施方式中，螺母4在第一孔8中靠近端面7同样地具有内表面19，该内表面被设计为用于滑动配合H7/g6的、具有品质H7的定中心收纳部19。此外，螺栓3具有引导区域20，该引导区域衔接外螺纹13、面向头部11，该引导区域至少与螺纹13一样宽并且靠近内端面7以定中心方式被收纳到第一孔8的定中心收纳部19中，如从图1中能看到的那样。由此确保了螺栓3与螺母4之间的定中心。已证实，单独通过螺栓3与螺母4之间的螺纹连接所实现的定中心不满足这些要求。
在组装时，力测量环5优选地借助从外部作用在力测量环5上的定中心辅助件，相应地利用外部定中心，围绕螺栓3的空心膨胀螺钉12定中心地并随后通过在螺纹9、13上拧紧螺母4在预夹紧条件下被固定在螺栓3与螺母4之间。因此，省略在空心膨胀螺钉12与力测量环5之间装入定中心套筒的必要性。
特别已证实为有优势的是，在力测量环5与螺栓3的头部11之间设置滑动盘21，该滑动盘通过所述预夹紧固定。该滑动盘21可实现在利用螺母4为了施加所述预夹紧而互相夹紧期间，头部11的和力测量环5的这两个表面之间的滑动，并因此可实现防止压电式力测量环5材料中的力矩延迟。
根据本发明，可沿径向在空心膨胀螺钉12与力测量环之间设置环状间隙26(见图3)，而无需在此在空心膨胀螺钉与力测量环之间设置定中心套筒。环状间隙26可因此占据空心膨胀螺钉12与力测量环5之间的整个空间。所述外部定中心可通过力测量环5和头部11的外部侧表面实现。由此，该装置再次被简化并且在生产中较有利。
因为螺母4的或头部11的第二孔14的直径D2小于空心膨胀螺钉的内直径DI，所以确保了收纳螺栓32可被收纳在第二孔14中，该收纳螺栓比第二孔长得多，如图2中能看到的那样。
此外，螺母4或头部11可在第二孔14的中间区域中具有从外部直至内壁15的径向孔22，该径向孔具有内螺纹23，在该径向孔中插入无头螺钉24。通过拧紧无头螺钉可固定收纳螺栓32，如图2中能看到的那样。
此外，从图2和图3可见，第二孔14中的定中心收纳部15必须至少设计在内壁15的两个端部区域中。第二孔14的中间区域通常不需用于定中心，因为无头螺钉24优选地作用在该处并且收纳螺栓32在该区域中具有锥形外表面，以便与无头螺钉24一起确保对所插入的收纳螺栓32的支持。但是，两个端部区域15a和15b的区域中的定中心收纳部15特别是提供了防翻倒部，并甚至由此引起了良好的定中心。重要的是，第二孔14的长度L和特别是包括两个区域15a、15b的定中心收纳部15的长度以及所述两个区域相对彼此的间距是长的、特别是至少与外直径DA一样长以及优选是力传感器1的轴向总高度的至少20％。
特别地，螺母4可靠近内端面7具有伸出部27。该伸出部27用作针对所述外部定中心的限界部，以及根据图2用作可安置在螺母4上的宽的环29的止动部，在该环上设置相应的设施30用以确定轴向路径。因此，实现力-路径测量。
特别地，中央孔在力传感器1中是连续的。这种设置可实现力传感器1的桥接，而不必为此拆卸该力传感器。特别当存在用于路径测量的设施时，则可继续进行这些测量，而不会发生由于力测量环5的力分流。
在力传感器1的靠近上部的环状支承面10‘的孔中，视实施方式变型方案而定地在螺栓3的头部11中或螺母4中可安置内螺纹25。该内螺纹允许靠近上部的支承面10‘安置夹紧轴颈31，用于将力传感器1容易地适配或固定在压力机2上，如图4中所示那样。该孔特别可以是空心膨胀螺钉12的孔28或螺母4中的另一孔8‘，该另一孔穿透该螺母。
因为在使用时总是还出现拉力，所以根据本发明的力传感器1或力测量环5还必须可负载拉力。根据本发明的力传感器可负载最高60kN的压力和/或最高10kN的拉力。这造成，螺栓3与螺母4之间的所述预夹紧相应很高。另一方面，力传感器1必须相应牢固地安置到夹紧轴颈31以及收纳螺栓32上。
在附图中，力测量环5设有膜片17，该膜片朝螺母4方向取向。但还可实现为，将力测量环5旋转180°，使得该力测量环以其膜片17对着螺栓3或滑动盘21取向。
与根据图1-3的实施方式关联地所描述的所有优选的实施方式可同样地利用根据本发明的、根据图3的力传感器1来执行。附图标记分别具有用于说明本发明的相同意义。
附图标记列表
1力传感器
2压力机
3螺栓
4螺母
5力测量环
6插头接口
7内端面
8(螺母的)第一孔
8‘(螺母中的)另一孔
9螺母的内螺纹
1010‘支承面
11头部
12空心膨胀螺钉
13外螺纹
14第二孔
15内壁、定中心收纳部
15a，15b内壁的区域、定中心区域
16壳体
17膜片
18压电式测量元件
19内表面、定中心收纳部
20引导区域
21滑动盘
22径向孔
23用于无头螺钉的内螺纹
24无头螺钉
25螺栓内螺纹
26环状间隙
27伸出部
28孔(在空心膨胀螺钉中)
29环
30设施
31夹紧轴颈
32收纳螺栓
A轴线
F力
D1直径(内)
DA外直径
D2较小的直径(内)
L长度
DI空心膨胀螺钉的内直径

Claims (12)

1.一种力传感器，其具有中央轴线(A)、下部的环状支承面和上部的环状支承面(10，10‘)以及外直径DA，所述力传感器用以测量在手操作的或气动的压力机(2)中轴向出现的力(F)，所述力传感器包括在螺栓(3)与螺母(4)之间预夹紧的压电式力测量环(5)，所述力测量环具有插头接口(6)，其中，所述螺母(4)具有内端面(7)和所述下部的环状支承面(10)，所述内端面具有带内螺纹(9)的第一孔(8)，所述第一孔具有第一直径(D1)，并且其中，所述螺栓(3)具有连续的孔(28)以及具有带所述上部的环状支承面(10‘)的头部(11)以及具有空心膨胀螺钉(12)，所述空心膨胀螺钉具有内直径(DI)并具有前侧的外螺纹(13)，所述空心膨胀螺钉贯穿所述力测量环(5)并嵌入到所述螺母(4)的内螺纹(9)中，其特征在于，所述螺母(4)具有第二孔(14)，所述第二孔具有比所述空心膨胀螺钉(12)的内直径(DI)更小的第二直径(D2)，所述第二孔朝向下部的支承面(10)贯穿所述螺母(4)，其中，所述第二孔(14)的直径(D2)至少为已提到的外直径(DA)的四分之一并且所述第二孔(14)的长度(L)至少与其直径(D2)一样长，并且其中，所述第二孔(14)的内壁(15)被设计为用于滑动配合的定中心收纳部。
2.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于，在所述头部(11)中，在所述孔(28)中朝向上部的支承面(10‘)安置内螺纹(25)。
3.根据权利要求1或2所述的力传感器，其特征在于，所述螺母(4)在所述第二孔(14)的中间区域中具有从外部直至所述内壁(15)的径向孔(22)，所述径向孔具有内螺纹(23)，在所述径向孔中插入无头螺钉(24)。
4.一种力传感器，其具有中央轴线(A)、下部的环状支承面和上部的环状支承面(10，10‘)以及外直径DA，所述力传感器用以测量在手操作的或气动的压力机(2)中轴向出现的力(F)，所述力传感器包括在螺栓(3)与螺母(4)之间预夹紧的压电式力测量环(5)，所述力测量环具有插头接口(6)，其中，所述螺母(4)具有内端面(7)和所述上部的环状支承面(10‘)，所述内端面具有带内螺纹(9)的第一孔(8)，所述第一孔具有第一直径(D1)，并且其中，所述螺栓(3)具有连续的孔(28)以及具有带所述下部的环状支承面(10)的头部(11)以及具有空心膨胀螺钉(12)，所述空心膨胀螺钉具有内直径(DI)并具有前侧的外螺纹(13)，所述空心膨胀螺钉贯穿所述力测量环(5)并嵌入到所述螺母(4)的内螺纹(9)中，其特征在于，所述头部(11)具有第二孔(14)，所述第二孔具有比所述空心膨胀螺钉(12)的内直径(DI)更小的第二直径(D2)，所述第二孔朝向下部的支承面(10)贯穿所述螺栓(3)，其中，所述第二孔(14)的直径(D2)至少为已提到的外直径(DA)的四分之一并且所述第二孔(14)的长度(L)至少与其直径(D2)一样长，并且其中，所述第二孔(14)的内壁(15)被设计为用于滑动配合的定中心收纳部。
5.根据权利要求4所述的力传感器，其特征在于，所述螺母(4)具有连续的孔(8‘)，在该连续的孔中朝向上部的支承面(10‘)安置内螺纹(25)。
6.根据权利要求4或5所述的力传感器，其特征在于，所述头部(11)在所述第二孔(14)的中间区域中具有从外部直至所述内壁(15)的径向孔(22)，所述径向孔具有内螺纹(23)，在所述径向孔中插入无头螺钉(24)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的力传感器，其特征在于，所述螺母(4)在所述第一孔(8)中靠近所述端面(7)同样地具有内表面(19)，所述内表面被设计为用于滑动配合的定中心收纳部(19)，并且所述螺栓(3)具有引导区域(20)，所述引导区域衔接所述外螺纹(13)、面向所述头部(11)，所述引导区域至少与所述外螺纹(13)一样宽并且靠近所述内端面以定中心方式被收纳到所述第一孔(8)的定中心收纳部(19)中。
8.根据权利要求1或2所述的力传感器，其特征在于，在所述力测量环(5)与所述螺栓(3)的头部(11)之间设置有滑动盘(21)，并且通过所述预夹紧来固定所述滑动盘。
9.根据前述权利要求中任一项所述的力传感器，其特征在于，沿径向在所述空心膨胀螺钉(12)与所述力测量环(5)之间设置有环状间隙(26)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的力传感器，其特征在于，所述螺母(4)靠近所述内端面(7)具有伸出部(27)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的力传感器，其特征在于，所述力传感器能负载最高60kN的压力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的力传感器，其特征在于，所述力传感器能负载最高10kN的拉力。
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