DD226649A1

DD226649A1 - ARRANGEMENT FOR AN OVERLOAD INTEGRATION INTEGRATED INTO A POWER MEASURING DEVICE

Info

Publication number: DD226649A1
Application number: DD26736784A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Menzel
Original assignee: Robotron Messelekt
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1985-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer eine in eine Kraftmesseinrichtung integrierte Ueberlastsicherung und faellt in das Gebiet der Kraftmesstechnik. Ziel der Erfindung stellt eine Ueberlastsicherung dar, die ausser dem Ueberlastschutz des Kraftmesselementes auch einen Schutz vor Verschmutzung und Korrosion mit den damit verbundenen Funktionsstoerungen gewaehrleistet. Ausserdem soll die Ueberlastsicherung gleichzeitig die Krafteinleitung uebernehmen und mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar sein. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Rohr, das das Kraftmesselement konzentrisch umgibt, mit einem Ende mit dem Kraftmesselement starr verbunden ist, waehrend das andere Ende beweglich gegenueber dem Kraftmesselement ausgefuehrt ist. Beim Ueberschreiten der zulaessigen Maximallast verhindert ein Anschlag eine weitere Verformung des Kraftmesselementes. Anwendungsmoeglichkeiten bestehen bei der Herstellung von Kraftmesseinrichtungen auf der Grundlage von Biegebalken und Scherstaeben. Fig. 1The invention relates to an arrangement for an integrated in a force measuring device overload protection and falls in the field of force measurement. The aim of the invention is an overload protection which, in addition to the overload protection of the force measuring element, also ensures protection against contamination and corrosion with the associated malfunctions. In addition, the overload protection should simultaneously take over the application of force and be produced with low production costs. The essence of the invention is that a tube which concentrically surrounds the force-measuring element is rigidly connected at one end to the force-measuring element, while the other end is designed to be movable relative to the force-measuring element. When exceeding the permissible maximum load prevents a stop further deformation of the force measuring element. Application possibilities exist in the production of force measuring devices based on bending beams and shear bars. Fig. 1

Description

Title of the invention

Anordnung für eine in eine Kraftmeßeinrichtung integrierte ÜberlastsicherungArrangement for an overload protection integrated in a force measuring device

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Kraftmeßtechnik mit Kraftmeßeleraenten,The invention relates to the force measuring technique with Kraftmeßeleraenten,

Besonders bei der Messung kleiner Kräfte erweist es sich als vorteilhaft, Oberlastsicherungen vorzusehen, die beim Oberschreiten des Nennkraftüiereiches das Auftreten irreversibler Veränderungen am eigentlichen Verformungskörper verhindern. Dabei sind Ausführungen von Oberlastsicherungen, die einen integralen Bestandteil des Aufnehmers bilden und deren Wirkung unabhängig von der Einbauart des Aufnehmers in die Kraftmeßvorrichtung - z.B. eine Waage - ist, von besonderer Bedeutung.Especially when measuring small forces, it proves to be advantageous to provide overload protection that prevent the occurrence of irreversible changes in the actual deformation body when exceeding the Nennkraftüiereiches. There are embodiments of upper load fuses, which form an integral part of the transducer and their effect regardless of the installation of the transducer in the force measuring device -. a Libra - is, of particular importance.

Characteristic of the known technical solutions

Oberlastsicherungen für Kraftmeßeinrichtungen sind allgemein mit einer Anschlagsbegrenzung ausgestattet.Overload guards for force measuring devices are generally equipped with a stop limit.

In der einschlägigen Literatur werden zwei Ausführungsformen von Öberlastsicherungen unterschieden, nämlich:In the relevant literature, two embodiments of Oberlastsicherungen are distinguished, namely:

- Externe Oberlastsicherungen; ihre Funktion ist unabhängig von der Aufnehmerkonstruktion und- external overload protection; their function is independent of the transducer construction and

- Interne Oberlastsicherungen; sie sind in den Kraftaufnehmer integriert.- Internal overload protection; they are integrated into the force transducer.

Die Ausführung einer internen Oberlastsicherung ist in der DE-AS 27 53 549 dargestellt.The execution of an internal overload protection is shown in DE-AS 27 53 549.

In der Längsachse des Kraftaufnehmers befindet sich eine Bohrung. Diese Bohrung enthält einen einseitig eingespannten Stab, dessen freies Ende beim Oberschreiten der Nennlast der Kraftmeßeinrichtung die Durchsenkung der Kraftmeßeinrichtung begrenzt und damit als Überlastschutz wirkt.In the longitudinal axis of the force transducer is a hole. This bore contains a unilaterally clamped rod whose free end limits the lowering of the force measuring device when exceeding the nominal load of the force measuring device and thus acts as overload protection.

Als Nachteil dieser Ausführung ist die Abhängigkeit der Schutzfunktion von der Biegesteifigkeit des Stabes zu sehen. Außerdem sind insbesondere für mittlere und große Lasten durch die kleinen Abmessungen des Meßelementes (z.B. in Form eines Biegebalkens) einer ausreichenden Dimensionierung des Oberlaststabes Grenzen gesetzt, demzufolge eine merklich die übliche Grenzlast übersteigende Last nicht sicher abgefangen werden kann. Weiterhin bedingt ein derartiger Oberlaststab für Schubspannungsaufnehmer, wie sie in der DE-AS 27 53 549 erwähnt werden, zusätzlichen Herstellungs- und Montageaufwand.A disadvantage of this embodiment is the dependence of the protective function of the flexural rigidity of the rod to see. In addition, especially for medium and large loads, the small dimensions of the measuring element (for example in the form of a bending beam) impose limits on a sufficient dimensioning of the upper load rod, which means that a load considerably exceeding the usual limit load can not be safely intercepted. Furthermore, due to such an upper load rod for Schubspannungsaufnehmer, as they are mentioned in DE-AS 27 53 549, additional manufacturing and assembly costs.

Entsprechend der DE-OS 16 98 108 ist weiterhin bekannt, zur Krafteinleitung in ein Kraftmeßelement, z.B. in Form eines Schubspannungsaufnehmers, über das Kraftmeßelement ein rohrförmiges Element zu schieben. Ein Ende des Rohres ist dabei mit dem freien Ende des Kraftmeßelementes fest verbunden, während das andere Ende frei beweglich ist. Dabei befindet sich der Lastangriffspunkt genau über dem Bereich des Kraftmeßelementes, an dem die dehnungsempfindlichen Meßelemente - beispielsweise Widerstände - angeordnet sind. Ein Mangel dieser Anordnung besteht darin, daß das rohrförmige Element nicht gleichzeitig für den Überlastschutz genutzt wird.According to DE-OS 16 98 108 is also known, for introducing force into a force measuring element, e.g. in the form of a shear stress transducer, to slide over the force measuring a tubular member. One end of the tube is firmly connected to the free end of the force measuring element, while the other end is free to move. In this case, the load application point is located exactly above the region of the force-measuring element on which the strain-sensitive measuring elements, for example resistors, are arranged. A shortcoming of this arrangement is that the tubular element is not used simultaneously for the overload protection.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, für eine Kraftmeßeinrichtung eine Überlastsicherung anzugeben, die in den Kraftaufnehraer integriert ist. Diese Überlastsicherung soll einen wirksamen Schutz auch für mittlere und große Lasten gewährleisten und einen möglichst geringen Aufwand für Herstellung und Montage verlangen. Außerdem ist ein Schutz des Kraftaufnehmers vor Verschmutzung zu erreichen.The object of the invention is to provide an overload protection device for a force measuring device, which is integrated in the force transducer. This overload protection is to ensure effective protection for medium and large loads and require the least possible effort for production and assembly. In addition, a protection of the load cell from contamination can be achieved.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine in eine Kraftmeßeinrichtung integrierte Überlastsicherung anzugeben, die zugleich die Krafteinleitung übernimmt und sowohl den mechanischen Schutz als auch die hermetische Abdichtung des Kraftmeßelementes und der darauf befindlichen Dehnmeßstreifen raumsparend und mit geringem Produktionsaufwand gewährleistet.The invention solves the problem of providing a built-in force measuring device overload protection, which at the same time takes over the force and ensures both the mechanical protection and the hermetic seal of the force measuring element and the strain gages thereon space-saving and with low production costs.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Oberlastschutz mittels eines Rohres realisiert wird, das das eigentliche Kraftmeßelement konzentrisch umhüllt. Dabei ist das Rohr mit einem Ende am beweglichen Teil des Kraftmeßelementes befestigt, während das andere Rohrende sich am eingespannten Teil des Kraftmeßelementes befindet. Das Rohr besitzt annähernd gleiche Länge wie das Kraftmeßelement. Der Rohrinnendurchmesser am freien Ende ist größer als der Durchmesser des Kraftmeßelementes an diesem Ende.An essential feature of the invention is the fact that the upper load protection is realized by means of a tube which surrounds the actual force measuring concentric. The tube is fastened at one end to the movable part of the force-measuring element, while the other end of the tube is located on the clamped part of the force-measuring element. The tube has approximately the same length as the force measuring element. The pipe inside diameter at the free end is larger than the diameter of the force measuring element at this end.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß das Rohr an seinem freien Ende durch einen Ringspalt vom Kraftmeßelement getrennt ist. Dabei sollte die Spaltweite des Ringspaltes etwa das Eineinhalbfache des Nennmeßweges der Kraftraeßeinrichtung betragen. Der Ringspalt selbst wird schmaler gewählt als der übrige Abstand zwischen Rohr und Kraftmeßelement.Another feature is that the tube is separated at its free end by an annular gap from the force measuring element. The gap width of the annular gap should be about one and a half times the Nennmeßweges the Kraftraeßeinrichtung. The annular gap itself is narrower than the remaining distance between tube and force measuring element.

Als Angriffspunkt der Last wird das freie Ende des Rohres über dem eingespannten Teil des Kraftmeßelementes gewählt. Es ist auch möglich, als Angriffspunkt der Last diejenige Stelle des Rohres vorzusehen, die sich genau über der Mitte des Kraftmeßelementes befindet, auf dem die dehnungsempfindlichen Elemente beispielsweise Dehnmeßstreifen - angeordnet sind. Für den Fall der Krafteinleitung direkt auf das Kraftraeßelement wird das Rohr am eingespannten Teil des Kraftmeßelementes befestigt, während das andere Rohrende sich am beweglichen Teil des Kraftmeßelementes befindet.As a point of application of the load, the free end of the tube is selected over the clamped part of the force measuring element. It is also possible to provide as the point of application of the load that point of the tube which is located exactly above the center of the force measuring element on which the strain-sensitive elements, for example strain gauges, are arranged. In the case of force application directly on the Kraftraeßelement the tube is fixed to the clamped part of the force measuring, while the other end of the tube is located on the movable part of the force measuring element.

Zur Erreichung eines hermetischen Abschlusses des Inneren der Kraftmeßeinrichtung wird erfindungsgemäß der Spalt zwischen dem freien Ende des Rohres und dem eingespannten Teil des Kraftmeßelementes verschlossen. Dazu eignet sich beispielsweise eine ringförmige Folie.To achieve a hermetic conclusion of the interior of the force measuring device according to the invention, the gap between the free end of the tube and the clamped part of the force measuring element is closed. For this purpose, for example, an annular film is suitable.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das freie Ende des Rohres und der mit dem Ende des Rohres zusammenwirkende Teil des Kraftmeßelementes konisch gestaltet sind und daß das Rohr einen höheren Elastizitätsmodul als das Kraftmeßelemnt besitzt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the free end of the tube and cooperating with the end of the tube part of the force measuring element are conical and that the tube has a higher modulus of elasticity than the Kraftmeßelemnt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwischen Kraftmeßelement und Rohr ein Spalt, zumindest gegenüber der Krafteinleitungsfläche am eingespannten Ende des Kraftmeßelements, vorgesehen wird, wobei die Breite des Spaltes etwa 10 % des Nennmeßweges entsprechen sollte.A further feature of the invention is that a gap is provided between the force measuring element and the tube, at least with respect to the force introduction surface on the clamped end of the force measuring element, wherein the width of the gap should correspond to about 10% of Nennmßweges.

Die erfindungsgemäße Überlastsicherung kann sowohl für Kraftmeßelemente mit Biegebalken als auch mit Scherstäben verwendet werden.The overload protection according to the invention can be used both for force measuring elements with bending beams and with shear bars.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung erkennt man, wenn man sich die zu messende Kraft senkrecht auf das Rohr einwirkend vorstellt. Infolge der einseitigen Verbindung von Rohr und Kraftraeßelement sowie dessen Verankerung in einem Bauteil findet eine Biegung des Kraftmeßelementes statt, die von den auf dem Kraftmeßelement angeordneten Meßwandlern, die z.B. als Dehnmeßstreifen ausgebildet und mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sind, registriert wird. Innerhalb des zulässigen Meßbereiches stellt die Größe der Biegung die Größe der Meßkraft dar. Überschreitet die Meßkraft einen zulässigen Grenzwert, so schließt sich der Ringspalt auf der Seite der Krafteinleitung. Eine weitere Zunahme der Biegung wird damit verhindert, und der Schutz der Kraftmeßeinrichtung vor Überlastung wird gewährleistet.The mode of operation of the arrangement according to the invention can be seen by imagining the force to be measured acting perpendicular to the tube. Due to the unilateral connection of pipe and Kraftraeßelement and its anchoring in a component takes place a bending of the Kraftmeßelementes, which is arranged by the arranged on the force measuring element transducers, which, for. are formed as strain gauges and connected to an electronic evaluation circuit is registered. Within the permissible measuring range, the size of the bend represents the size of the measuring force. If the measuring force exceeds a permissible limit value, then the annular gap closes on the side of the force introduction. A further increase in the bending is thus prevented, and the protection of the force measuring device against overload is ensured.

Execute-ungsbeispiel ·

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment

In der zugehörigen Zeichnung zeigt In the accompanying drawing shows

- Figur 1 die Grundform der erfindungsgemäßen Lösung und- Figure 1 shows the basic form of the solution according to the invention and

- Figur 2 eine vorteilhafte Ausgestaltung.- Figure 2 is an advantageous embodiment.

In Figur 1 wird das Kraftmeßelement 1 mit seinem eingespannten Ende 3 durch eine sinnbildlich dargestellte Schraubverbindung in einem Bauteil 8 verankert. Auf der Ober- und UnterseiteIn Figure 1, the force measuring element 1 is anchored with its clamped end 3 by a symbolically shown screw in a component 8. On the top and bottom

des Kraftmeßelementes 1 befinden sich vier Dehnmeßstreifen 6, 6', 7 und 7'. Mit dem beweglichen Ende 2 des Kraftmeßelementes 1 ist das Rohr 5 an einem Ende verbunden, während sich zwischen dem anderen Ende von Rohr 5 und dem eingespannten Ende 3 des Kraftmeßelementes 1 ein Ringspalt 9 befindet. Wird das Rohr 5 mit der zu messenden Kraft beaufschlagt/ ergibt sich eine Auslenkung des Kraftmeßelementes, bis sich der Ringspalt 9 auf der Seite des Lastangriffes geschlossen hat. Bei einer weiteren Zunahme der Meßkraft kann keine weitere Verformung des Kraftmeßelementesi mehr erfolgen.of the force measuring element 1 there are four strain gages 6, 6 ', 7 and 7'. With the movable end 2 of the force-measuring element 1, the tube 5 is connected at one end, while between the other end of the tube 5 and the clamped end 3 of the force-measuring element 1, an annular gap 9 is located. If the tube 5 is acted upon by the force to be measured / results in a deflection of the force measuring element until the annular gap 9 has closed on the side of the load application. With a further increase in the measuring force no further deformation of the Kraftmeßelementesi can be done more.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung gibt Figur 2 wieder. Eine weitere Verbesserung der Wirkung der Oberlastsicherung wird dadurch erreicht, daß eine von Figur 1 abweichende Form des Kraftmeßelementes 1 vorliegt. Dieses ist zusätzlich an seinem eingespannten Ende 3 mit einem Anschlag 10 versehen, der durch einen Spalt 11 vom Rohr 5 getrennt ist. Beim Einwirken einer unzulässig großen Meßkraft auf das Rohr 5 schließt sich zuerst der Ringspalt 9 und danach der Spalt 11 als Folge der weiteren Verformung von Rohr 5 und Kraftmeßelement 1.An advantageous embodiment of the solution according to the invention is Figure 2 again. A further improvement of the effect of the upper load protection is achieved in that a deviating from Figure 1 form of the force measuring element 1 is present. This is additionally provided at its clamped end 3 with a stop 10 which is separated by a gap 11 from the tube 5. Upon the action of an impermissibly large measuring force on the tube 5, first the annular gap 9 and then the gap 11 closes as a result of the further deformation of tube 5 and force measuring element 1.

Zum Schutz des gegen Verschmutzung empfindlichen Innenraumes 13 kann eine Dichtung 12 als Ring über den Spalt 11 gelegt werden. Es können aber auch der Spalt 11 oder der Ringspalt 12 mit einem hochelastischen, abdichtenden Material ausgefüllt werden.To protect the sensitive to pollution interior 13, a seal 12 can be placed as a ring over the gap 11. However, it is also possible for the gap 11 or the annular gap 12 to be filled with a highly elastic, sealing material.

Claims

invention claim

1. Arrangement of an integrated in a Kraftraeßeinrichtung overload protection, which consists of a perpendicular to the direction of force part which is rigidly connected at one end to the force measuring and at the other end game to force measuring element, wherein the force measuring element is provided with transducers, characterized in that the part running perpendicularly to the direction of the force is formed as a tube (5) enveloping the force-measuring element (1) and separated from the force-measuring element (1) by an annular gap (9) so that the annular gap (9) is narrower than the remainder of the distance between pipe (5) and force measuring element (l) and that the gap width of the annular gap (9) is about 1.5 times the Nennmeßweges the force measuring device.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the annular gap (9) is filled with an elastic, sealing material.

3. Arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the force measuring element (L) and the tube (5) in the region of the annular gap (9) are conical.

4. Arrangement according to item 1 to 3, characterized in that the force measuring element (1) in the region of the clamped end

(3) a change in diameter, that this change in diameter is formed as a stop (10) that the stop (10) to the movable end (2) of the tube (5) has a gap (II) and that the width of the gap (11) is about 10% of the Nennmeßweges.

5. Arrangement according to item 4, characterized in that the gap (11) is hermetically sealed by a seal (12).

For this 1 sheet drawings.