DD240255A5

DD240255A5 - Kraftmesseinrichtung

Info

Publication number: DD240255A5
Application number: DD85284056A
Authority: DD
Inventors: Hans W Haefner; Guenther Bock
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1986-10-22
Also published as: JPS62501521A; IN166339B; JPS61192527A; US4754653A; DE3444996A1; ATE43720T1

Abstract

Kraftmesseinrichtung mit topfartigem Abstuetzteil, in das ein kolbenartiges Kraftaufnahmeteil eingesetzt ist, wobei zwischen der Stirnflaeche des Kraftaufnahmeteils und dem Boden des Abstuetzteils ein elastomerer Stoff angeordnet ist, der mit mindestens einem Drucksensor in Kontakt ist, wobei zwischen dem Umfangsmantel des Kraftaufnahmeteils und der zylindrischen Innenflaeche des Abstuetzteils ein enger Ringspalt gebildet ist, der im wesentlichen ganz mit elastomerem Stoff gefuellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Kraftmeßzellen wird die druckabhängige Vorrichtung dadurch gebildet, daß etwa in einem Balg eine Flüssigkeit eingeschlossen ist, die über eine Leitung bei Kraftausübung den Druck an eine Meßvorrichtung weitergibt. Bei derartigen Kraftmeßzellen bestehen erhebliche Abdichtungsprobleme, die nur mit erheblichem Aufwand beseitigt werden können.

Die US-A 3410135 beschreibt eine Kraftmeßzelle, bei der am Boden eines topfförmigen Unterteilsein elastomerer Block mit umfangsmäßig geringfügig hochgezogenem Rand angeordnet ist. Ein Krafteinleitungskolben besitzt einen merklich geringeren Durchmesser als der zylindrische Innenraum des Unterteils und paßt mit seiner unteren Stirnkante annähernd in die durch die hochgezogene Lippe gebildete Ausnehmung. Der Spalt zwischen Kolben und Innenfläche des Unterteils ist derart bemessen, daß kein Elastomer bei Kraftanwendung auf den Kolben herausgedrückt werden kann, der Kolben jedoch um ein gewisses Ausmaß verkanten kann, ohne sich an der Innenfläche des Unterteils zu reiben. Zur oberen Führung des Kolbens ist ein federnder Ring zwischen Innenwand des Unterteils und dem Kolben eingesetzt. Zwischen dem elastomeren Material und der Metalloberfläche besteht keine Verbindung. Der obere federnde Führungsring ist beim Bewegen oder Verkanten des Kolbens mit Reibung behaftet. Der Schlitz ist verhältnismäßig breit, so daß sich bei Anwendung größerer Kräfte das elastomere Material zumindest teilweise in den Schlitz hineinpreßt, was zu Ungenauigkeiten in der Messung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßeinrichtung von besonderes einfacher und robuster Bauart anzugeben.

Auch soll die Kraftmeßeinrichtung unempfindlich gegen schräg angreifende Kräfte sein.

Zur besseren Kraftübertragung kann sich der Drucksensor bevorzugt in einer Aussparung im elastomeren Stoff befinden, die mit einem anderen Stoff höherer Viskosität ausgefüllt ist.

Als Drucksensor kommen piezoelektrische Druckwandler oder Dehnungsmeßstreifen in Frage. Die druckabhängige Vorrichtung kann auch hydraulisch wirken mit direkter Druckübertragung zu einer Anzeige.

Der elastomere Stoff ist bevorzugt Silikon- oder ein Natur-, Styrol-, Butadien-, Polysulfide Nitril-Kautschuk, ein Polyacrylat oder ein Polyurethan oder eine Mischung dieser Stoffe, gegebenenfalls mit Silikon.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung ist der elastomere Stoff mit den gegenüberliegenden Flächen der Metallteile verbunden, vorzugsweise vulkanisiert.

Mittels einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtungen kann ein Kraftmeßteppich aufgebaut werden, wobei die Meßsignale aller Kraftmeßeinrichtungen für eine Auswertung zusammengeführt werden.

Die erfindungsgemäße Kraftmeßeinrichtung bzw. ein aus solchen aufgebauter Kraftmeßteppich kann zur Bunkerstandsmessung, zur Radlastmessung oder Achslastmessung verwendet werden.

Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikal schnitt einer Kraftmeßzelle im Prinzip,

Fig. 2 und 3 ein zweites Ausführungsbeispiel als Vertikalschnitt bzw. in Draufsicht

Fig.4 ein drittes Ausführungsbeispiel als Vertikalsicht und,

Fig. 5 eine bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung von erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtungen.

Prinzipiell ist zwischen zwei zueinander im wesentlichen parallelen Schwingplatten 1,2 ein elastomerer Stoff 3 angeordnet (Fig.1). Grundsätzlich wäre keine Verbindung zwischen den Schwingplatten 1,2 und dem elastomeren Stoff 3 erforderlich, da eine Abdichtung wegfällt. Bevorzugt wird der elastomere Stoff 3 jedoch auf die gegenüberliegenden Flächen der Schwingplatten 1,2 vulkanisiert oder angeklebt.

Innerhalb des elastomeren Stoffes 3 ist ein Drucksensor, etwa ein piezoelektrischer Druckwandler, 5 angeordnet, der über eine elektrische Leitung 7 mit einem Druckmeß- und Anzeigegerät 6 verbunden ist. Dieses Gerät kann ein Digital-Voltmeter aufweisen, das von dem von dem Wandler abgegebenen kraftproportionalen Signal beaufschlagt wird.

Beim Ausführungsbeispiel ist der piezoelektrische Druckwandler 5 in einem Stoff 4 eingebettet, der sich in einer Aussparung im elastomeren Stoff 3 befindet und eine höhere Viskosität als letzterer aufweist. Dieser Stoff 4 kann ein gelförmiges Silikon sein.

Wird auf die vorzugsweise aus Metall bestehenden Schwingplatten 1 eine Kraft F ausgeübt, so wird diese auf den elastomeren Stoff 3 übertragen, der die Kraft auf den piezoelektrischen Drückwandler 5 druckproportional weitergibt.

Der piezoelektrische Wandler 5 sendet dann ein kraftproportionales Signal über die Leitung 7 an die Meß- und Anzeigevorrichtung 6.

An die Stelle des piezoelektrischen Druckwandlers könnte auch ein Dehnungsmeßstreifen treten, der in eine Wheatstonesche Brücke geschaltet ist.

Die Anzeige mit der Meß- und Anzeigevorrichtung kann in Kilogramm oder Newton erfolgen.

Eine andere Alternative der Druckaufnahme aus dem Elastomer bestände darin, in der Aussparung im elastomeren Stoff 3 eine Flüssigkeit anzuordnen, die über eine Flüssigkeitsleitung 7 direkt mit einem entsprechenden Meß- und Anzeigegerät in Verbindung steht, so daß sich eine hydraulische Direktanzeige ergibt.

Bevorzugt können bei einer flächig ungleichmäßig ausgeübten Kraft mehrere Druckwandler verteilt in dem elastomeren Stoff 3 vorgesehen sein. Die Schwingplatten 1 und 2 oder zumindest die Schwingplatte 1 hat dann eine erhebliche flächige Ausdehnung, beispielsweise in der Größe eines Lastkraftwagens, uhd die Druckwandler sind matrixartig über den Kraftmeßteppich verteilt.

Die von diesen Druckwandlern abgegebenen Signale werden einer Auswertevorrichtung zugeführt, die daraus die ausgeübte Gesamtkraft berechnet und zur Anzeige bringt.

Besondere Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Kraftmeßzelle sind dort gegeben, wo keine höchste Genauigkeit verlangt wird. Anwendungen sind bevorzugt Bunkermessung, Achslastmessung und Raddruckmessung.

Die Genauigkeit könnte dadurch erhöht werden, daß zur Vermeidung eines seitlichen Herausquellens des elastomeren Stoffes an einer der Schwingplatten 1 oder 2 seitliche Abdeckungen angebracht sind.

Diese Maßnahme ist bei einem praktischen Ausführungsbeispiel berücksichtigt, das in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist.

Zwischen einer oberen Platte 11 und einer unteren Platte 12 befindet sich der elastomere Stoff 13, in dem ein Drucksensor 15 mit dazugehörigem Temperaturkompensationswiderstand 16 angeordnet ist. Mittels Flansche 38 kann die untere Platte 12 auf einer Basis oder dergleichen befestigt werden, während die Kraft auf die Oberseite der oberen Platte 11 ausgeübt wird, die hierfür mit einer Kalotte 21 versehen sein kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird dem durch die beiden gegenüberliegenden Innenflächen der Platten 11 und 12 gebildeten Raum eine etwas spezifischere Form gegeben. Insbesondere ist die Unterseite 26 der oberen Platte nach unten etwas gewölbt, etwa kegelig oder kugelig, ausgeführt. Die Oberseite 20 der unteren Platte 12 kann ebenfalls eine entsprechende Wölbung besitzen, so daß sich eine Schalenform ergibt. Im Zentrum wird ein erweiterter Raum 14 gebildet, der zur Aufnahme des Drucksensors 15 und des Kompensationswiderstandes 16 dient. Die Schalenform der unteren Platte ist weiterhin dadurch ausgeprägt, daß umfangsmäßig ein Bund 24 hochgezogen ist, der zur Aufnahme der oberen Platte 11 dient. Die Abmessungen sind so getroffen, daß sich zwischen der Mantelfläche 28 der oberen Platte und der zylindrischen Innenfläche 30 des Bundes 24 nur ein äußerst schmaler Spalt 18 ergibt, der bei der Dimensionierung der gezeigten Ausführungsform in der Größenordnung von etwa 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,7mm liegt, wobei auch andere Spaltbreiten ohne Beeinflussung der prinzipiellen Funktion der Meßzelle möglich sind. Die geringe Spaltbreite hat den Vorteil', daß die Kraftmeßzelle eine hohe Steifigkeit erhält, so daß sich die Kraftmeßzelle äußerst rasch einschwingt. Ferner wird die Temperaturempfindlichkeit verringert.

Auch die Höhe des Spaltes 18 kann für eine Optimierung der Funktion der erfindungsgemäßen Kraftmeßzelle von Bedeutung sein/Diese Spalthöhe sollte insbesondere nicht zu klein sein, da über die beiden sich gegenüberliegenden Flächen 28 und 30 zum Teil erhebliche Querkräfte übertragen werden.

Durch die Optimierung des Spaltes 18 kann der Einfluß der temperaturabhängigen Federkennlinie von Silikon bei gleichzeitiger Reduzierung des Meßweges, der in der Größenordnung von 0,01 mm liegen kann, minimiert werden, wobei gleichzeitig eine hohe Querkraftsstabilität erreicht wird.

Durch Ausbildung der oberen Platte 11 in Form eines Schwingkörpers wird der Effekt einer Selbstaufrichtung bei asymmetrischer Belastung unterstützt. Die Höhe des Spaltes 18 kann bei der in der Figur 2 gezeigten Dimensionierung in der Größenordnung zwischen 10 und 30mm, vorzugsweise bei 15 bis 20mm liegen.

Die in Figur 2 gezeigte Dimensionierung der Platten und des mit dem elastomeren Stoff ausgefüllten Zwischenraums wird als bevorzugte Lösung angesehen und zum Inhalt der Beschreibung gemacht, wobei entsprechende Abweichungen im Rahmen des Erfindungsgedankens ohne weiteres möglich sind.

Beider Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 3 wird als Drucksensor ein Absolutdrucksensor verwendet, beispielsweise der Absolutdrucksensor KPY14 der Firma Siemens AG, München, Deutschland, und dieser Absolutdrucksensor 15 wird so in den elastomeren Stoff 13 eingebettet, daß er im wesentlichen keine Berührung mit den beiden Platten 11 und 12 besitzt. Dies hat den < Vorteil einer konstanten Druckverteilung. Auch ist der Drucksensor, der Kompensationswiderstand und das Kabel optimal gegen äußere Einflüsse geschützt, insbesondere gegen Eindringen von Gasen und Feuchtigkeit, so daß die Meßzelle auch unter Wasser eingesetzt werden könnte.

Ein oder mehrere Kompensationswiderstände 16 dienen zur Kompensation des Temperaturverhaltens, wobei die Werte der Kompensationswiderstände in bekannter Weise mittels Computer abhängig von der tatsächlichen Kennlinie des Drucksensors und unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik des Elastomers bestimmt werden.

Als elastomerer Stoff 13 kommen Kunststoffe mit Shore-Härten in der Größenordnung von 30 bis 70, vorzugsweise 40 bis 60 in ,Frage. Ein Beispiel für einen elastomeren Stoff 13 ist das Silikon RTV-ME625der Firma Wacker-Chemie AG, München, Deutschland.

Eine besondere Gleichförmigkeit und Unnachgiebigkeit des elastomeren Stoffes läßt sich dadurch erreichen, daß mittels eines neuartigen Verfahrens Luft- und Gasblasen aus dem elastomeren Stoff vor oder während seines Aushärtens entfernt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 näher erläutert, in der die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise angewandte Vorrichtung links im ruhenden Zustand und rechts in Rotation gezeigt ist. Obwohl für die Ausführung der vorliegenden Erfindung die verschiedensten Vorrichtungen verwendet werden können, um auf den Kunststoff eine entsprechende Beschleunigung auszuüben, wird in der Zeichnung lediglich ganz prinzipiell eine bevorzugt angewandte Möglichkeit aufgezeigt.

Die Figur zeigt einen Motor 70, dessen Welle 72 um eine vertikale Achse 74 in Rotation versetzt werden kann. Die Welle 72 trägt beim Ausführungsbeispiel einen horizontalen gleicharmigen Hebel 76, der an ihr befestigt ist. Im Prinzip würde auch ein einarmiger Hebel ausreichen oder bei der Massenherstellung eine Art Karussell mit einer Vielzahl sternförmig angeordneter Hebel in Frage kommen. An den Enden des gleicharmigen Hebels 76 sind an Schwenkpunkten 18 nach Art einer einfachen Apothekerwaage mittels Drähten oder Schnüren 60 Schalen 62 angebracht, die entweder als Form ausgebildet sein können oder auf denen ein oder mehrere Formen 64 aufgesetzt sind, die mit auszuhärtendem Kunststoff gefüllt werden. Wird der Motor 70 erregt, dann bewirkt die Drehung seiner Welle 72 ausgehend aus der in der Figur gezeigten linken Ruhestellung mit steigender Drehzahl ein allmähliches Nachaußenschwenken der Schalen 62, wobei auf sie die Resultierende der Erdanziehungskraft und der Zentrifugalkraft ausgeübt wird.

Dieser Schleudervorgang wird vorzugsweise bald nach dem Zusammenmischen der Komponenten und Einfüllen der Mischung durchgeführt, so daß die Mischung noch mehr oder weniger flüssig ist und in ihr ein Druck entsteht, der die wesentlich leichteren Luftblasen aus der Schale bzw. dem Formkörper nach oben hinausdrückt.

Je nach Material und Aushärtungsgrad können Beschleunigungen eines Mehrfachen von g bis zu 100 χ g (Erdbeschleunigung) auf den Stoff ausgeübt werden. Die gewünschten Beschleunigungen ergeben sich rechnerisch aus der Drehzahl und den Abmessungen des Hebels 76 sowie der Schnüre oder Seile 60 für den Fachmann auf Grund einfacher Berechnungen bzw. durch Versuche unter Feststellen der Winkelstellung der Schalen 62 bezüglich der Horizontalen bei bestimmten Drehzahlen. Wie bereits erwähnt, läßt sich die Dauer des Schleudervorgangs mittels einfacher Versuche feststellen. Die Wirkung des Schleudervorgangs wird noch verbessert, wenn die Form 64 bzw. die Schale 62 mittels einer das Material im wesentlichen bedeckenden, darauf schwimmenden Platte abgedeckt wird, wobei die Luftblasen durch den zwischen Formrand und Plattenmantel noch bestehenden Spalt herausgedrückt werden. Eine derartige Platte ist in der Figur mit 66 bezeichnet. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kraftmeßzelle hergestellt, bei der zwischen dem als Formschale 64 ausgebildeten Unterteil und einer oberen Platte 66 ein elastomerer Stoff eingebracht wird, in dem mindestens ein Drucksensor eingebettet ist. Das auszuhärtende Material ist beispielsweise Silikon-Kautschuk RTV-ME625 der Firma Wacker-Chemie AG, München, Deutschland. Bei einer Beschleunigung zwischen 30 und 60g können innerhalb kürzester Zeit zwischen einigen Sekunden bis zu einer Minute sämtliche Luftblasen aus dem elastomeren Material ausgetrieben werden.

Wird eine im wesentlichen geschlossene Form verwendet, dann kann es zweckmäßig sein, nach oben eine Luftauslaßöffnung vorzusehen. Anderenfalls kann ein Entfernen der äußersten oberen Schicht in Frage kommen, in der sich sämtliche Luftblasen befinden, falls sich die Luft nicht vollständig über dem Kunststoff gesammelt hat.

Es sei darauf hingewiesen, daß durch einen derartigen Schleudervorgang von in einer Form befindlichem Kunststoff auch andere Teilchen mit vom Kunststoffmaterial abweichender Dichte entfernt werden können, so daß das resultierende Formstück eine größere Reinheit und Gleichförmigkeit aufweist. Schwerere Teilchen würden dabei an den Boden der Form getrieben werden.

Bevorzugt wird der Schleudervorgang bald nach dem Mischen der Komponenten des Materials also zu Beginn des Aushärtens durchgeführt. Nach dem Schleudern kann dann in Ruhe die Aushärtung beendet werden, falls sie nicht bereits während des Schleudervorgangs beendet ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Blasenfreiheit des elastomeren Materials auch durch Anwendung von Vakuum erreicht werden könnte.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung, wie sie bevorzugt mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann. Gemäß Fig.4 besitzt die Kraftmeßzelle 40 dieses Ausführungsbeispiels ein topfförmiges Unterteil 42 mit einer verhältnismäßig hohen, zylindrischen Seitenwand. Im Inneren des topfförmigen Unterteils 42 ist ein Kraftübertragungskolben 41 geführt, an dessen Oberseite beispielsweise über eine Kalotte 47 die Krafteinleitung erfolgt. Die untere Stirnseite des Kraftübertragungskolbens 41 kann wiederum gewölbt sein, damit bei der Herstellung nach dem voranstehend beschriebenen Verfahren etwaige Luftblasen aus dem elastomeren Material 43, insbesondere Silikon-Kautschuk, besser herausgepreßt werden. Am Boden des topfförmigen Unterteils 42 befindet sich eine bevorzugt zentrale Öffnung 48, in die ein Drucksensor 44 eingesetzt und mittels eines Befestigungsringes 45 in dem Unterteil 42 fixiert werden kann. Der Befestigungsring 45 wird nach Einführen des Drucksensors 44 von unten in eine Ausnehmung 49 auf der Unterseite 42 eingeführt und beispielsweise mitteis Schrauben 50 am Boden des Unterteils 42 befestigt. Das Ganze kann dann noch mit einer Abdeckplatte 51 luft- bzw. feuchtigkeitsdicht abgeschlossen werden.

Wesentlich bei dieser Ausführungsform ist der verhältnismäßig enge und sehr hohe Spalt 46 zwischen dem Kraftübertragungskolben 41 und dem Innenmantel des topfförmigen Unterteils 42. Dieser Spalt besitzt beispielsweise nur eine Breite von 0,05 bis 2mm, bevorzugt 0,1 bis 1 mm, während seine Höhein der Größenordnung des Durchmessers des Kraftübertragungskolben liegt.

Bei der Herstellung der Kraftmeßzelle gemäß diesem Ausführungsbeispiels wird die Öffnung 48 durch den Drucksensor 44 oder bevorzugt durch eine entsprechende Platte abgeschlossen.

In bekannterWeise werden zwei Kunststoffkomponenten für das elastomere Material 43 unter Rühren gemischt, und es wird eine entsprechende Menge der Mischung in das Innere des Unterteils 42 eingefüllt. Zum Entfernen von Luftblasen wird nun das elastomere Material 43 wiederum einer hohen Beschleunigung ausgesetzt, indem das Unterteil 42 mittels einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 in Rotation versetzt wird. Bei Verwendung des vorgenannten Silikon-Kautschuks RTV-ME 625 kann beispielsweise bei einer Entfernung des Unterteils 42 von der Rotationsachse von 500 mm und einer Drehzahl von 300 U/min eine hundertfache Erdbeschleunigung erreicht werden. Nach kürzester Zeit etwa unterhalb einer Minute wird die Vorrichtung angehalten und dann der Kraftübertragungskolben 41 in das Unterteil 42 eingesetzt. Nun erfolgt ein nochmaliges Rotieren der Vorrichtung für eine Zeit, die unterhalb einer Minute liegen kann und einer Drehzahl in der Größenordnung von 300U/min. Hierbei werden die restlichen Luftblasen beseitigt, und das elastomere Material 43 steigt in dem schmalen Spalt 46 bis an die Oberkante des Unterteils 42 hoch, so daß der Spalt 46 vollständig mit Elastomerem 43 gefüllt ist.

Alternativ zu diesem zweistufigen Verfahren kann der Kraftübertragungskolben auch bereits nach Einfüllen der angesetzten Mischung in das Unterteil eingeführt werden, und es erfolgt dann nur ein einziger Rotationsvorgang. Nach dem vollständigen

Aushärten wird eine etwa zum Verschließen der Öffnung 48 eingesetzte Platte entfernt und durch einen bereits kalibrierten und kompensierten Drucksensor ersetzt. Die Kraftmeßzelle 40 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß der Drucksensor austauschbar ist. Er wird somit nicht durch den Herstellvorgang belastet und kann bereits vordem Einbau kalibriert und kompensiert werden. Bevorzugt wird das elastomere Material 43 mit der Innenfläche des Unterteils 42 und der Außenfläche des Kraftübertragungskolbens 41 zusammenvulkanisiert.

Die Kraftmeßzelle 40 hat ferner den Vorteil, daß eine Kräftezerlegung bei schräg angreifenden Kräften stattfinden. Bei Beaufschlagung des Übertragungskolbens 41 mit einem Kraftvektor findet die Zerlegung in eine Kraftkomponente mit Wirkrichtung in Kolbenachse (Vertikalkomponente) und in eine Kraftkomponente in Wirkrichtung unter 90° zur Kolbenachse (Querkraft) statt. Die Querkraft wird durch das elastomere Material 43 im Spalt 46 über das Unterteil 42 in das Fundament abgeleitet. Die Vertikal komponente erzeugt im elastomeren Material 43 unter der Fläche des Kraftübertragungskoibens einen zur Vertikalkomponente proportionalen Druck, der vom Drucksensor 44 gemessen wird.

Die Ausbildung des hohen schmalen Spaltes 46 bewirkt neben der Zerlegung des Kraftvektors die Erhöhung der Steifigkeit in Belastungsrichtung (kleiner 0,01 mm) und ermöglicht den Einsatz der Kraftmeßzellen 40 für höchste Lasten in der Größenordnung von 1000t und mehr bei kleinen Abmessungen und einem Innendruck bis 500bar.

An die Stelle des bereits erwähnten Silikon-Kautschuks RTV-ME625 kann auch der Silikon-Kautschuk RTV-ME622 treten. Die genannten Silikon-Kautschuk-Materialien haben den besonderen Vorteil einer hervorragenden Temperaturbeständigkeit in den Bereichen von -100⁰C bis +200⁰C. Sie sind resistent gegen Ozon-und Lichteinwirkung sowie gegen Öle und Fette.

Für eine Vulkanisierung des elastomeren Materials 43 mit der Innenwand des Unterteils 42 und der Mantelfläche des Kraftübertragungskolbens 41 werden diese Flächen bevorzugt mit einer Grundierung behandelt, beispielsweise mit der Grundierung G790 der Firma Wacker-Chemie München.

Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel Silikon-Kautschuk-Materialien einsetzbar, wie sie in der Beschreibungseinleitung angegeben sind.

Claims

Ansprüche:

1. Kraftmeßeinrichtung mit topfartigem Abstützteil, in das ein kolbenartiges Kraftaufnahmeteil eingesetzt ist, wobei zwischen der Stirnfläche des Kraftaufnahmeteils und dem Boden des Abstützteils ein elastomerer Stoff angeordnet ist, der mit mindestens einem Drucksensor in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umfangsmantel (28) des Kraftaufnahmeteils (11,41) und der zylindrischen Innenfläche (30) des Abstützteiles (12,42) ein enger Ringspalt (14,46) gebildet ist, der im wesentlichen ganz mit elastomerem Stoff (13, 43) gefüllt ist.
2. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spalts (13,43) im Bereich von 1/100 bis 1/1000 des Innendurchmessers des Abstützteils (12,42) ist.
3. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Ringspalts (1-4,46) im Bereich zwischen 1/50fache bis Fünffache des Innendurchmessers des Abstützteils (12,42) liegt.
4. Kraftmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringspalts zwischen 0,1 bis 2 mm, bevorzugt 0,2 bis 1 mm liegt.
5. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Stoff ein Silikon-, ein Natur-, Styrol-, Butadien-, Polysulfide Nitril-Kautschuk, ein Polyacryiat oder ein Polyurethan oder eine Mischung zweier oder mehrerer dieser Stoffe ist.
6. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Stoff (13, 43) im wesentlichen blasenfrei ist.
7. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Stoff, (13, 43) mit denjenigen Flächen des Kraftaufnahmeteils (11,41) und des Abstützteils (14,46), mit denen er in Kontakt ist, fest verbunden insbesondere verklebt oder vulkanisiert ist.
8. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein Absolutdrucksensor ist.
9. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein piezoelektrischer oder ein piezoresistiver Drucksensor ist.
10. Kraftmeßeinrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des topfförmigen Abstützteiles (42) eine Öffnung (48) zum entfernbaren Einsetzen des Drucksensors (44) vorgesehen ist.
11. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befestigungsvorrichtung (45, 50) zur Lagefixierung des Drucksensors (44) vorgesehen ist.
12. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (48) mittels einer Abdeckung (51) luft- und feuchtigkeitsdicht verschließbar ist.
13. Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Stirnfläche des Kraftaufnahmeteils (11,41) und/oder der Boden des Abstützteils (12,42) nach unten hin gewölbt ist bzw. sind.
14. Kraftmeßeihrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (1, 11,41) und das Abstützteil (2,12,42) eine verhältnismäßig große flächige Ausdehnung nach Art eines Teppichs besitzen und eine Vielzahl von Drucksensoren (5,15,44) vorzugsweise regelmäßig voneinander beabstandet, in dem elastomeren Stoff (3,13,43) eingebettet und gemeinsam mit einer Auswertevorrichtung mit Meßanzeige verbunden sind.
15. Verfahren zum Herstellen einer Kraftmeßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet:

a) Einleiten der Aushärtung eines elastomeren Stoffes,

b) Einfüllen einer gewünschten Menge elastomeren Stoffes in ein Abstützteil und

c) Aussetzen des gefüllten Abstützteils einer mehrfachen Erdbeschleunigung, vorzugsweise zwischen 20 und 100xg, bevorzugt zwischen 30 und 50xg.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritte) das mit in Aushärtung befindlichem elastomerem Stoff gefüllte Abstützteil um eine vorzugsweise vertikale Achse in Rotation versetzt wird, wobei das Teil derart gelagert ist, daß die auftretende Beschleunigung senkrecht zu seiner Grundfläche gerichtet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritte) für einige Sekunden bis einige Minuten ausgeführt wird und von einem Schritt d) Aushärtenlassen des elastomeren Stoffes gefolgt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einfüllen einer gewünschten Menge des elastomeren Stoffes das Kraftaufnahmeteil aufgesetzt wird.
19. Gerät zum Erzeugen einer Kraftmeßeinrichtung nach einem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb (70), über den mindestens ein in Abstand von der Drehachse (74) des Drehantriebs (70) angebrachter Halter (62, 64) in Rotation versetzt werden kann.
20.^ Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (74) im wesentlichen vertikal ist.
21. Gerät nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Drehantrieb (70) und dem Halter (62,64) aus einem Hebel besteht, an dem der Halter (72,74) frei schwingend aufgehängt ist.
22. Gerät nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halter (62) mindestens ein Abstützteil (64) aufsetzbar ist.
23. Gerät nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halter (72) symmetrisch an einer Vielzahl gleicharmiger Hebel angebracht sind, die sternförmig um die Drehachse (74) verteilt sind.
24. Gerät nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß für den Drehantrieb (70) eine Drehzahlsteuerung und/oder eine Zeitsteuerung vorgesehen ist.

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