DE102012217388A1

DE102012217388A1 - Load cell

Info

Publication number: DE102012217388A1
Application number: DE201210217388
Authority: DE
Inventors: Dieter Rapp; Andre Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2014048825A1

Abstract

Kraftaufnehmer mit einem Federkörper (1), der zwischen einem Lagerbereich (3) und einen Krafteinleitungsbereich (4) mindestens eine Ausnehmung (5) enthält, die den Federkörper (1) von einer Seite (6) zur einer gegenüberliegenden Seite (7) durchsetzt und dort in zwei Verformungsbereiche (8, 9) und zwei dazwischen liegende verformungsfreie Neutralbereiche (10, 11) auftrennt, wobei beide Verformungsbereiche (8, 9) jeweils den Lagerbereich (3) mit dem Krafteinleitungsbereich (4) verbinden und die Neutralbereiche (10, 11) jeweils nur mit dem Lagerbereich (3) und dem Krafteinleitungsbereich (4) verbunden sind, und mit mindestens einem zweiteiligen Wegaufnehmer (13), dessen Teile (15, 16) jeweils in den Neutralbereichen (10, 11) des Federkörpers (1) zur Erfassung der relativen Lageänderung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) den Federkörper (1) in Richtung der Krafteinleitung (F) durchsetzt und dass die Teile (15, 16) des mindestens einen Wegaufnehmers (13) auf einer der zur Richtung der Krafteinleitung (F) senkrechten Seiten (6, 7) des Federkörpers (1) angeordnet sind.Force transducer with a spring body (1) which contains at least one recess (5) between a bearing area (3) and a force introduction area (4) which penetrates the spring body (1) from one side (6) to an opposite side (7) and separates there into two deformation areas (8, 9) and two deformation-free neutral areas (10, 11) lying in between, with both deformation areas (8, 9) each connecting the bearing area (3) with the force application area (4) and the neutral areas (10, 11) ) are only connected to the bearing area (3) and the force application area (4), and to at least one two-part displacement transducer (13), the parts (15, 16) of which are each in the neutral areas (10, 11) of the spring body (1) for Detection of the relative change in position are arranged, characterized in that the recess (5) penetrates the spring body (1) in the direction of the introduction of force (F) and that the parts (15, 16) of the at least one displacement transducer (13) on egg ner of the sides (6, 7) of the spring body (1) perpendicular to the direction of force introduction (F) are arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer, insbesondere eine Wägezelle, mit einem Federkörper, der zwischen einem Lagerbereich und einen Krafteinleitungsbereich mindestens eine Ausnehmung enthält, die den Federkörper von einer Seite zur einer gegenüberliegenden Seite durchsetzt und dort in zwei Verformungsbereiche und zwei dazwischen liegende verformungsfreie Neutralbereiche auftrennt, wobei beide Verformungsbereiche jeweils den Lagerbereich mit dem Krafteinleitungsbereich verbinden und die Neutralbereiche jeweils nur mit dem Lagerbereich und dem Krafteinleitungsbereich verbunden sind, und mit mindestens einem zweiteiligen Wegaufnehmer, dessen Teile jeweils in den Neutralbereichen des Federkörpers zur Erfassung der relativen Lageänderung angeordnet sind. The invention relates to a force transducer, in particular a load cell, comprising a spring body which contains at least one recess between a bearing region and a force introduction region, which penetrates the spring body from one side to an opposite side and separates it into two deformation regions and two deformation-free neutral regions, wherein both deformation regions respectively connect the bearing region to the force introduction region and the neutral regions are respectively connected only to the bearing region and the force introduction region, and to at least one two-part displacement transducer whose parts are respectively arranged in the neutral regions of the spring body for detecting the relative change in position.

Ein derartiger Kraftaufnehmer ist aus den 8 und 9 der EP 0 534 270 A1 bekannt. Der als einseitig gelagerter Doppelbiege-Balken ausgebildete Federkörper wird in senkrechter Richtung zur Krafteinleitung von einer Aussparung durchsetzt, die den Federkörper zwischen seinem Lagerbereich und seinen Krafteinleitungsbereich in zwei Verformungsbereiche in Form von Parallelogrammfedern und zwei dazwischen liegende stegförmige Neutralbereiche auftrennt. An den Stegen ist seitlich ein kapazitiver Wegaufnehmer gehalten, der zwei Elektrodenkämme mit jeweils einer Vielzahl von Elektrodenfingern aufweist, wobei die Elektrodenfinger des einen Elektrodenkamms in den Fingerzwischenräumen des jeweils anderen Elektrodenkamms positioniert sind, so dass sie eine Parallelschaltung von mehreren gleichen Kondensatoren ergeben. Dabei sind die Elektrodenkämme so justiert, dass jeweils ein kleiner und ein wesentlich größerer Elektrodenabstand aufeinanderfolgen. Die kleinen Abstände bestimmen somit die Kapazität des Wegaufnehmers. Bei Belastung des Kraftaufnehmers verändern sich diese Abstände und damit die Kapazität des Wegaufnehmers. Jedoch ist der Bewegungsspielraum der Elektrodenkämme durch die Breite der Fingerzwischenräume und die Fingerbreite begrenzt, so dass bei einer Überlastung des Kraftaufnehmers der Wegaufnehmer zerstört wird. Der Federkörper ist vergleichsweise dick und darf eine Bauhöhe nicht unterschreiten, damit der Wegaufnehmer seitlich montiert werden kann. Such a force transducer is from the 8th and 9 of the EP 0 534 270 A1 known. Trained as a single-mounted double bending beam spring body is penetrated in the direction perpendicular to the introduction of force from a recess which separates the spring body between its storage area and its force application area in two deformation areas in the form of parallelogram and two intermediate web-shaped neutral areas. On the webs, a capacitive transducer is held laterally, which has two electrode combs, each having a plurality of electrode fingers, wherein the electrode fingers of one electrode comb are positioned in the finger gaps of the respective other electrode comb, so that they result in a parallel connection of several identical capacitors. The electrode combs are adjusted so that each follow a small and a much larger electrode spacing. The small distances thus determine the capacity of the transducer. When load of the force transducer, these distances and thus the capacitance of the transducer change. However, the range of movement of the electrode combs is limited by the width of the finger gaps and the finger width, so that in an overload of the force transducer of the transducer is destroyed. The spring body is relatively thick and must not fall below a height, so that the transducer can be mounted laterally.

Gegenstand einer nicht vorveröffentlichten älteren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102011076008.3 ist ein Kraftaufnehmer, bei dem im Unterschied zu der EP 0 534 270 A1 der Wegaufnehmer innerhalb der Aussparung auf einer der zur Richtung der Krafteinleitung senkrechten Seite der Stege angeordnet ist. Subject of a not previously published older German patent application with the file number 102011076008.3 is a force transducer, which unlike the EP 0 534 270 A1 the displacement sensor is disposed within the recess on one of the sides of the webs which is perpendicular to the direction of introduction of the force.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Bauweise des Kraftaufnehmers mit mehr Freiheiten bei der Gestaltung des Federkörpers und infolgedessen erweitertem Applikationsspektrum anzugeben. The invention has for its object to provide an alternative construction of the force transducer with more freedom in the design of the spring body and consequently extended application spectrum.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem Kraftaufnehmer der eingangs genannten Art die Ausnehmung den Federkörper in Richtung der Krafteinleitung durchsetzt und dass die Teile des mindestens einen Wegaufnehmers auf einer der zur Richtung der Krafteinleitung senkrechten Seiten des Federkörpers angeordnet sind. According to the invention the object is achieved in that in the force transducer of the type mentioned, the recess passes through the spring body in the direction of force introduction and that the parts of the at least one displacement sensor are arranged on one of the vertical direction of the force introduction sides of the spring body.

Damit bestehen bezüglich der Dicke bzw. Bauhöhe des Federkörpers keine sich aus dem grundsätzlichen Aufbau des Kraftaufnehmers ergebenden Einschränkungen. Der Federkörper kann wie bei dem aus der EP 0 534 270 A1 bekannten Kraftaufnehmer als einseitig gelagerter Doppelbiege-Balken ausgebildet sein, wobei dann in den Verformungsbereichen Aussparungen in senkrechter Richtung zur Krafteinleitung vorgesehen sind, so dass die Verformungsbereiche jeweils zwei Parallelogrammfedern bilden. Thus, there are no restrictions arising from the basic structure of the force transducer with respect to the thickness or height of the spring body. The spring body can as in the from EP 0 534 270 A1 Known load cell be designed as cantilever mounted double cantilever beams, which are then provided in the deformation areas recesses in the vertical direction to the introduction of force, so that the deformation regions each form two parallelogram springs.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Federkörper als beidseitig gelagerter Balken ausgebildet, wobei zwischen jedem der beiden Lagerbereiche und dem in der Mitte dazwischen liegenden Krafteinleitungsbereich jeweils die zwei Verformungsbereiche und die zwei Neutralbereiche mit dem Wegaufnehmer vorgesehen sind. Die Dicke des Balkens kann beliebig sein bzw. nur in Abhängigkeit von der gewünschten Federsteifigkeit des Federkörpers bemessen sein. Darüber hinaus kann die Federsteifigkeit in einfacher Weise durch Form und Abmessungen der Verformungsbereiche festgelegt werden, die ihrerseits durch Form und Abmessung der Ausnehmung festgelegt sind. Zu demselben Zweck kann auch die Dicke des Balkens in den Verformungsbereichen variiert werden. In another embodiment, the spring body is designed as a beam mounted on both sides, the two deformation regions and the two neutral regions with the displacement transducer being provided between each of the two bearing regions and the force introduction region located in the middle in each case. The thickness of the beam can be arbitrary or be dimensioned only in dependence on the desired spring stiffness of the spring body. In addition, the spring stiffness can be easily determined by the shape and dimensions of the deformation ranges, which in turn are determined by the shape and dimensions of the recess. For the same purpose, the thickness of the beam in the deformation areas can also be varied.

Für die Verwendung als Plattformwaage kann der Federkörper in vorteilhafter Weise als Platte, insbesondere drei- oder viereckige Platte, ausgebildet sein, die an mindestens drei Stellen gelagert ist, wobei zwischen jedem der mindestens drei Lagerbereiche und dem in der Mitte dazwischen liegenden Krafteinleitungsbereich jeweils die zwei Verformungsbereiche und die zwei Neutralbereiche mit dem Wegaufnehmer vorgesehen sind. Auch hier gilt entsprechend wie für den oben genannten beidseitig gelagerten Balken, dass die Federsteifigkeit durch Form und Abmessungen der Verformungsbereiche und/oder Variation der Dicke der Platte in den Verformungsbereichen festgelegt werden kann. For use as a platform scale, the spring body can advantageously be designed as a plate, in particular a three- or quadrangular plate, which is mounted on at least three locations, wherein between each of the at least three storage areas and the mid-intermediate force introduction region in each case the two Deformation areas and the two neutral areas are provided with the transducer. Here too, as with the abovementioned beams mounted on both sides, the spring rigidity can be determined by the shape and dimensions of the deformation regions and / or variation of the thickness of the plate in the deformation regions.

Bei zylindrisch aufgebautem Kraftaufnehmer (Kraftmessdose) ist der Federkörper vorzugsweise als Kreisscheibe mit zentralem innerem Krafteinleitungsbereich und äußerem umlaufenden Lagerbereich ausgebildet, zwischen denen der Federkörper die Ausnehmung mindestens dreifach und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt enthält, so dass mindestens drei Verformungsbereiche mit jeweils zwei dazwischen liegenden Neutralbereichen und dort angeordneten zweiteiligen Wegaufnehmern vorhanden sind. Die Ausnehmungen können in Umfangsrichtung jeweils so weit ausgedehnt sein, dass die dazwischen verbleibenden Verformungsbereiche steg- oder speichenförmig ausgebildet sind. Um bei einer Torsionsbeanspruchung des Kraftaufnehmers Fehlmessungen durch die Wegaufnehmer aufgrund einer Verdrehung des Krafteinleitungsbereichs gegenüber dem Lagerbereich des Federkörpers zu verhindern, verlaufen die steg- oder speichenförmigen Verformungsbereiche vorzugsweise nicht radial sondern tangential von dem Krafteinleitungsbereich zum Lagerbereich. Erfolgt die Krafteinleitung nicht exakt mittig oder nicht in Axialrichtung sondern schräg dazu, kann es zu einer Schiefstellung des Krafteinleitungsbereichs kommen, die aber von den radialsymmetrisch mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Wegaufnehmern gemessen wird und in Bezug auf das Messergebnis einfach kompensiert werden kann, indem z. B. der Mittelwert der von den Wegaufnehmern gelieferten Messwerte gebildet wird. In cylindrically constructed load cell (load cell) of the spring body is preferably formed as a circular disk with central inner force introduction area and outer circumferential bearing area, between which the spring body at least three times and distributed evenly distributed in the circumferential direction, so that at least three deformation areas, each with two intermediate neutral areas and There arranged two-part transducers are available. The recesses may each be extended so far in the circumferential direction that the deformation areas remaining therebetween are web-shaped or spoke-shaped. In order to prevent erroneous measurements by the displacement transducer due to a rotation of the force introduction region relative to the bearing region of the spring body in a torsional stress of the force transducer, the web or spoke-shaped deformation regions preferably do not extend radially but tangentially from the force introduction region to the bearing region. If the force is not exactly centered or not in the axial direction but obliquely thereto, there may be a misalignment of the force introduction region, but which is measured by the radial symmetry with the same angular distance to each other arranged transducers and can be easily compensated with respect to the measurement result by z. B. the average value of the measured values supplied by the transducers is formed.

Unabhängig von der jeweiligen Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers kann der Einfluss von störenden Querkräften, beispielsweise als Folge einer schrägen Krafteinleitung, dadurch beseitigt bzw. kompensiert werden, indem dem Wegaufnehmer ein weiterer baugleicher Wegaufnehmer gegenüberliegt, der auf der anderen gegenüberliegenden und ebenfalls zur Richtung der Krafteinleitung senkrechten Seite angeordnet ist. Die beiden einander gegenüberliegenden Wegaufnehmer erfassen senkrecht auf den Krafteinleitungsbereich des Federkörpers wirkende Kräfte mit umgekehrten Vorzeichen und Querkräfte mit jeweils demselben Vorzeichen. Wird dann die Differenz der Messwerte der Wegaufnehmer gebildet, verstärken sich die Messwertanteile der senkrecht auf den Krafteinleitungsbereich des Federkörpers wirkenden Kräfte, während sich die Messwertanteile der quer dazu wirkenden Kräfte aufheben. Alternativ kann der weitere Wegaufnehmer derart ausgebildet und angeordnet sein, dass er nur Querkräfte erfasst und für senkrecht auf den Krafteinleitungsbereich des Federkörpers wirkende Kräfte unempfindlich ist. Wird dann der Messwert des zusätzlichen Wegaufnehmers von dem des einen Wegaufnehmers subtrahiert, so wird dessen Messwert von den Einflüssen der Querkräfte befreit. Regardless of the respective embodiment of the force transducer according to the invention, the influence of disturbing transverse forces, for example as a result of an oblique introduction of force, thereby eliminated or compensated by the Wegaufnehmer another identical transducer opposite, on the other opposite and also perpendicular to the direction of the force Side is arranged. The two opposing displacement sensors detect perpendicular to the force application region of the spring body forces acting with opposite signs and transverse forces, each with the same sign. If the difference between the measured values of the displacement sensors is then formed, the measured value portions of the forces acting perpendicularly on the force introduction region of the spring body increase, while the measured value portions of the forces acting transversely thereto cancel each other out. Alternatively, the further displacement sensor can be designed and arranged such that it detects only transverse forces and is insensitive to forces acting perpendicularly on the force introduction region of the spring body. If the measured value of the additional displacement transducer is then subtracted from that of the one displacement transducer, its measured value is freed from the influences of the transverse forces.

Bei Belastung des Kraftaufnehmers wird der Federkörper in den Verformungsbereichen gebogen, während die durch die Ausnehmung voneinander und von den Verformungsbereichen getrennten Neutralbereiche mit den darauf angeordneten Teilen des Wegaufnehmers nur ihre relative Lage in Richtung der Kraft ändern. Diese Lageänderung lässt sich mit unterschiedlichen Typen von Wegaufnehmern, so z. B. mit dem aus der oben genannten EP 0 534 270 A1 bekannten kapazitiven Wegaufnehmer erfassen. Grundsätzlich kommen alle Wegaufnehmer in Frage, insbesondere Wegaufnehmer in MEMS-Technik (micro-electro-mechanical systems), die geringe Lageänderungen berührungslos, z. B. induktiv, kapazitiv, optisch usw., messen können. Under load of the force transducer, the spring body is bent in the deformation regions, while the separated by the recess from each other and from the deformation regions neutral areas with the parts of the displacement sensor arranged thereon only change their relative position in the direction of the force. This change in position can be with different types of position sensors, such. B. with the above EP 0 534 270 A1 detect known capacitive transducer. In principle, all transducers come into question, especially transducers in MEMS technology (micro-electro-mechanical systems), the small changes in position without contact, z. B. inductive, capacitive, optical, etc., can measure.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers ist der mindestens eine Wegaufnehmer als kapazitiver Wegaufnehmer ausgebildet, dessen zwei Teile aus Elektrodenkämmen mit jeweils einer Vielzahl von Elektrodenfingern bestehen, wobei die Elektrodenkämme in senkrecht zur Richtung der Krafteinleitung liegenden parallelen Ebenen angeordnet sind und bei Belastung des Kraftaufnehmers die Elektrodenfinger des einen Elektrodenkamms in die Fingerzwischenräume des jeweils anderen Elektrodenkamms eintauchen oder aus diesen heraustauchen. Eine Überlastung oder Zerstörung des Wegaufnehmers ist ausgeschlossen, weil sich die Elektrodenfinger nur in der Richtung bewegen, in der die Fingerzwischenräume nach beiden Seiten offen sind. In a preferred embodiment of the force transducer according to the invention, the at least one transducer is designed as a capacitive transducer whose two parts consist of electrode combs, each with a plurality of electrode fingers, wherein the electrode combs are arranged in parallel to the direction of force introduction parallel planes and under load of the force transducer Insert electrode fingers of one electrode comb in the interdigital spaces of the other electrode comb or dive out of these. An overload or destruction of the transducer is excluded because the electrode fingers move only in the direction in which the finger spaces are open to both sides.

Vorzugsweise weisen die Ebenen, in denen die Elektrodenkämme liegen, im unbelasteten Zustand des Kraftaufnehmers einen Parallelversatz auf, der sich bei Belastung des Kraftaufnehmers verringert, so dass die Elektrodenfinger des einen Elektrodenkamms in die Fingerzwischenräume des jeweils anderen Elektrodenkamms hineintauchen. Aufgrund dieses anfänglichen Parallelversatzes der Elektrodenkämme ist die Kapazität des Wegaufnehmers bei unbelastetem Kraftaufnehmer nur gering und steigt mit zunehmender Belastung an, weil dann die Elektrodenfinger des einen Elektrodenkamms in zunehmendem Maße in die Fingerzwischenräume des anderen Elektrodenkamms eingreifen. Der Versatz der Ebenen, in denen die Elektrodenkämme liegen, ist vorzugsweise kleiner oder gleich der Höhe der Elektrodenfinger so dass bei unbelastetem Kraftaufnehmer bereits eine Überlappung der Elektrodenfinger vorliegt und bei zunehmender Belastung die Kapazität des Wegaufnehmers weitgehend linear zunimmt. Preferably, the planes in which the electrode combs lie, in the unloaded state of the force transducer on a parallel offset, which decreases under load of the force transducer, so that the electrode fingers of one electrode comb dive into the interdigital spaces of the other electrode comb. Due to this initial parallel displacement of the electrode combs, the capacitance of the transducer is only small when the load cell is unloaded and increases with increasing load, because then the electrode fingers of one electrode comb increasingly intervene in the interdigital spaces of the other electrode comb. The offset of the planes in which the electrode combs lie is preferably less than or equal to the height of the electrode fingers so that there is already an overlap of the electrode fingers when the load cell is unloaded and the capacitance of the displacement sensor increases largely linearly with increasing load.

Wie oben erwähnt, kann der Einfluss von störenden Querkräften mittels eines weiteren Wegaufnehmers kompensiert werden, der nur Querkräfte erfasst und für senkrecht auf den Krafteinleitungsbereich des Federkörpers wirkende Kräfte unempfindlich ist; wird der Messwert des zusätzlichen Wegaufnehmers von dem des einen Wegaufnehmers subtrahiert, so wird dessen Messwert von den Einflüssen der Querkräfte befreit. Im Falle des kapazitiven Wegaufnehmers kann der weitere baugleiche Wegaufnehmer derart ausgebildet sein, dass die Höhe der Elektrodenfinger des einen Elektrodenkamms größer als die Höhe der Elektrodenfinger des anderen Elektrodenkamms ist und die Elektrodenfinger mit der geringeren Höhe sowohl im unbelasteten als auch im belasteten Zustand des Kraftaufnehmers vollständig in die Zwischenräume der Elektrodenfinger mit der größeren Höhe eingreifen. Der zusätzliche kapazitive Wegaufnehmer ist somit für Lageänderungen senkrecht zu den parallelen Ebenen der Elektrodenkämme völlig unempfindlich, während er auf Lageänderungen innerhalb der parallelen Ebenen der Elektrodenkämme genauso empfindlich reagiert, wie der Wegaufnehmer, dem er zugeordnet ist. As mentioned above, the influence of disturbing shear forces can be compensated by means of a further displacement transducer, which detects only transverse forces and is insensitive to forces acting perpendicularly on the force introduction region of the spring body; becomes the reading of the additional Transducer subtracted from that of the one transducer, so its reading is freed from the influences of lateral forces. In the case of the capacitive transducer, the further identical displacement transducer can be designed such that the height of the electrode fingers of one electrode comb is greater than the height of the electrode fingers of the other electrode comb and the electrode fingers with the lower height both in the unloaded and in the loaded state of the force transducer completely engage in the interstices of the electrode fingers with the greater height. The additional capacitive transducer is thus completely insensitive to changes in position perpendicular to the parallel planes of the electrode combs, while it is just as sensitive to changes in position within the parallel planes of the electrode combs as the displacement transducer to which it is associated.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen die: To further explain the invention, reference will be made below to the figures of the drawing; in detail, they show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers mit einem als einseitig gelagerter Doppelbiege-Balken ausgebildeten Federkörper in Draufsicht, 1 a first embodiment of the force transducer according to the invention with a cantilever beam designed as cantilevered spring body in plan view,

2 den unbelasteten Kraftaufnehmer aus 1 in Seitenansicht, 2 the unloaded load cell 1 in side view,

3 den Kraftaufnehmer aus 1 bei Belastung und in Seitenansicht, 3 the load cell 1 under load and in side view,

4 einen Wegaufnehmer als Bestandteil des in den 1 bis 3 gezeigten Kraftaufnehmers in Draufsicht, 4 a transducer as part of the in the 1 to 3 shown force transducer in plan view,

5 den Wegaufnehmer aus 4 in Seitenansicht, 5 the transducer 4 in side view,

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wegaufnehmers, 6 another embodiment of the transducer,

7 einen weiteren Wegaufnehmer als weiteren Bestandteil des in den 1 bis 3 gezeigten Kraftaufnehmers, 7 another transducer as another part of the in the 1 to 3 shown force transducer,

8 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers mit einem als beidseitig gelagerter Balken ausgebildeten Federkörper in Seitenansicht, 8th A second embodiment of the force transducer according to the invention with a designed as a double-sided beam spring body in side view,

9 eine Variante des Ausführungsbeispiels nach 8 mit flachem Federkörper, 9 a variant of the embodiment according to 8th with flat spring body,

10 den Kraftaufnehmer aus 8 oder 9 in Draufsicht, 10 the load cell 8th or 9 in plan view,

11 eine Variante des Ausführungsbeispiels nach 10, 11 a variant of the embodiment according to 10 .

12 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers in Form einer Plattformwaage, 12 An embodiment of the force transducer according to the invention in the form of a platform scale,

13 einen Längschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers in Form einer Kraftmessdose, 13 a longitudinal section through an embodiment of the force transducer according to the invention in the form of a load cell,

14 das Ausführungsbeispiel nach 13 in Draufsicht und 14 the embodiment according to 13 in plan view and

15 eine Varianten des Ausführungsbeispiels nach 14. 15 a variant of the embodiment according to 14 ,

1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf einen Kraftaufnehmer. Die 2 und 3 zeigen denselben Kraftaufnehmer in Seitenansicht, einmal im unbelasteten und einmal im belasteten Zustand. Der Kraftaufnehmer weist einen vorzugsweise aus Stahl bestehenden Federkörper 1 in Form eines Balkens 2 auf, der an einem Ende in einem Lagerbereich 3 einseitig eingespannt ist und an seinem anderen Ende in einem Krafteinleitungsbereich 4 eine zu messende Kraft oder Last F aufnimmt. Zwischen dem Lagerbereich 3 und dem Krafteinleitungsbereich 4 enthält der Federkörper 1 eine ihn von der Oberseite 6 zur gegenüberliegenden Unterseite 7 durchsetzende Ausnehmung 5, die derart ausgebildet ist, dass sie den Federkörper 1 in zwei seitliche Verformungsbereiche 8, 9 und zwei dazwischen liegende verformungsfreie Neutralbereiche 10, 11 auftrennt, wobei die beiden Verformungsbereiche 8, 9 jeweils den Lagerbereich 3 mit dem Krafteinleitungsbereich 4 verbinden und die Neutralbereiche 10, 11 jeweils nur mit dem Lagerbereich 3 bzw. dem Krafteinleitungsbereich 4 verbunden sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Ausnehmung 5 ein H-förmiges Profil, so dass die Neutralbereiche 10, 11 Kragarme bilden, die voneinander durch den Querschlitz oder -spalt und gegenüber den Verformungsbereichen 8, 9 durch die beiden Längsschlitze der H-förmigen Ausnehmung 5 getrennt werden. 1 shows in a highly simplified representation of a plan view of a force transducer. The 2 and 3 show the same load cell in side view, once in the unloaded and once in the loaded state. The load cell has a preferably made of steel spring body 1 in the form of a bar 2 at one end in a storage area 3 is clamped on one side and at its other end in a force application area 4 absorbs a force or load F to be measured. Between the storage area 3 and the force application area 4 contains the spring body 1 a him from the top 6 to the opposite bottom 7 passing recess 5 , which is designed such that it the spring body 1 in two lateral deformation areas 8th . 9 and two intermediate non-deforming neutral ranges 10 . 11 separates, with the two deformation areas 8th . 9 each the storage area 3 with the force application area 4 connect and the neutral areas 10 . 11 only with the storage area 3 or the force application area 4 are connected. In the embodiment shown, the recess has 5 an H-shaped profile, leaving the neutral areas 10 . 11 Cantilevers form each other through the transverse slot or gap and with respect to the deformation areas 8th . 9 through the two longitudinal slots of the H-shaped recess 5 be separated.

Auf den Längsseiten des Balkens 2 ist in jedem der beiden Verformungsbereiche 8, 9 in senkrechter Richtung zur Krafteinleitung F eine Aussparung 12 eingebracht, so dass die Verformungsbereiche 8, 9 jeweils zwei Parallelogrammfedern bilden und der Balken 2 selbst einen einseitig gelagerten Doppelbiege-Balken bildet. On the long sides of the beam 2 is in each of the two deformation ranges 8th . 9 in the direction perpendicular to the force F a recess 12 introduced so that the deformation areas 8th . 9 each form two parallelogram springs and the bar 2 itself forms a single-sided double bending beam.

Wie 3 zeigt, wird der Federkörper 1 bei Belastung des Kraftaufnehmers in den Verformungsbereichen 8, 9 verformt, während die Neutralbereiche 10, 11 unverformt bleiben und sich lediglich ihre relative Lage zueinander in Richtung der Kraft F ändert. Um diese Lageänderung zu erfassen ist auf der Oberseite 6 des Federkörpers 1 in den beiden Neutralbereichen 10, 11 ein zweiteiliger Wegaufnehmer 13 angeordnet. Ein weiterer zweiteiliger Wegaufnehmer 14 ist auf der Unterseite 7 des Federkörpers 1 ebenfalls in den Neutralbereichen 10, 11 platziert. Die Wegaufnehmer 13, 14 sind dazu ausgebildet, Lageänderungen berührungslos, hier z. B. kapazitiv, zu erfassen. As 3 shows, the spring body 1 under load of the force transducer in the deformation areas 8th . 9 deformed while the neutral areas 10 . 11 remain undeformed and only their relative position to each other in the direction of the force F changes. To capture this change of position is on the top 6 of the spring body 1 in the two neutral areas 10 . 11 a two-part transducer 13 arranged. Another two-part transducer 14 is on the bottom 7 of the spring body 1 also in the neutral areas 10 . 11 placed. The transducers 13 . 14 are trained to contact changes, here z. B. capacitive to capture.

4 zeigt eine Einzelheit des Federkörpers 1 mit dem kapazitiven Wegaufnehmer 13 in Draufsicht. Dieser ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus zwei Elektrodenkämmen 15, 16 mit jeweils einer Vielzahl von Elektrodenfingern 17, 18. Die Elektrodenkämme 15, 16 sind auf der Oberseite 6 des Federkörpers 1 in den Neutralbereichen 10, 11 beiderseits des Querspalts der H-förmigen Ausnehmung 5 parallel zur Oberseite 6, d. h. quer zur Richtung der Kraft F in der Weise angeordnet, dass sich die Elektrodenfinger 18 des einen Elektrodenkamms 16 in Richtung der Kraft F in den Zwischenräumen der Elektrodenfinger 17 des anderen Elektrodenkamms 15 bewegen können. Die Elektrodenfinger 17, 18 bewegen sich also nur in der Richtung, in der die Fingerzwischenräume nach beiden Seiten offen sind, so dass eine Überlastung oder Zerstörung des Wegaufnehmers 13 ausgeschlossen ist. 4 shows a detail of the spring body 1 with the capacitive transducer 13 in plan view. This is constructed in two parts and consists of two electrode combs 15 . 16 each with a plurality of electrode fingers 17 . 18 , The electrode combs 15 . 16 are on the top 6 of the spring body 1 in the neutral areas 10 . 11 on both sides of the transverse gap of the H-shaped recess 5 parallel to the top 6 , ie arranged transversely to the direction of the force F in such a way that the electrode fingers 18 of the one electrode comb 16 in the direction of the force F in the interstices of the electrode fingers 17 of the other electrode comb 15 can move. The electrode fingers 17 . 18 So move only in the direction in which the finger gaps are open to both sides, so that overloading or destroying the transducer 13 is excluded.

Wie 5 in einer Seitenansicht des Wegaufnehmers 13 zeigt, sind die Elektrodenkämme 15, 16 derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass ihre Elektrodenfinger 17, 18 bei unbelastetem Federkörper 1 einen anfänglichen Parallelversatz in Richtung der Krafteinleitung F aufweisen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht dieser Höhenversatz etwa der Dicke oder Höhe D der Elektrodenfinger 17, 18. Bei Belastung des Kraftaufnehmers mit der Kraft F tauchen die Elektrodenfinger 18 des Elektrodenkamms 16 in die Fingerzwischenräume des Elektrodenkamms 15 ein, so dass sich der Kapazitätswert des Wegaufnehmers 13 erhöht. As 5 in a side view of the transducer 13 shows are the electrode combs 15 . 16 arranged and / or formed such that their electrode fingers 17 . 18 with unloaded spring body 1 have an initial parallel offset in the direction of the force F insertion. In the embodiment shown, this height offset corresponds approximately to the thickness or height D of the electrode fingers 17 . 18 , When load of the force transducer with the force F dip the electrode fingers 18 of the electrode comb 16 in the interdigital spaces of the electrode comb 15 a, so that the capacitance value of the transducer 13 elevated.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wegaufnehmers 13, bei dem der anfängliche Versatz zwischen den Elektrodenfingern 17, 18 der verschiedenen Elektrodenkämme 15, 16 kleiner als die Dicke oder Höhe D der Elektrodenfinger 17, 18 ist, so dass bei unbelastetem Kraftaufnehmer die Elektrodenfinger 18 des einen Elektrodenkamms 16 teilweise in die Fingerzwischenräume des anderen Elektrodenkamms 15 eintauchen. Bei Belastung des Kraftaufnehmers tauchen die Elektrodenfinger 18 des Elektrodenkamms 16 weiter in die Fingerzwischenräume des anderen Elektrodenkamms 15 ein, so dass sich der Kapazitätswert des Wegaufnehmers 13 erhöht, wobei im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach 5 die Kapazitätszunahme in Abhängigkeit von der Kraft F linearer verläuft. 6 shows a further embodiment of the transducer 13 in which the initial offset between the electrode fingers 17 . 18 the different electrode combs 15 . 16 smaller than the thickness or height D of the electrode fingers 17 . 18 is, so that when unloaded load cell electrode fingers 18 of the one electrode comb 16 partially into the interdigital spaces of the other electrode comb 15 plunge. When loading the force transducer, the electrode fingers dip 18 of the electrode comb 16 further into the interdigital spaces of the other electrode comb 15 a, so that the capacitance value of the transducer 13 increased, wherein compared to the embodiment according to 5 the increase in capacity as a function of the force F is linear.

Zurück zu den 1 bis 3: Lateral wirkende Störeinflüsse wie laterale Wärmeausdehnungen des Federkörpers 1 oder senkrecht zur Krafteinleitung F wirkende Querkräfte können das von dem Wegaufnehmer 13 gelieferte Messergebnis beeinflussen. Der weitere Wegaufnehmer 14 auf der Unterseite 7 des Federkörpers 1 dient zur Kompensation solcher Störeinflüsse. Im einfachsten Fall ist der weitere Wegaufnehmer 14 exakt baugleich mit dem Wegaufnehmer 13 und zu diesem spiegelverkehrt angeordnet, so dass sich die Kapazitäten der beiden Wegaufnehmer 13, 14 bei belastungsbedingter Verformung des Kraftaufnehmers mit umgekehrten Vorzeichen ändern und in der Summe unverändert bleiben. Laterale Störeinflüsse wirken dagegen gleichermaßen auf beide Wegaufnehmer 13, 14, so dass bei Addition ihrer Messergebnisse. Wird die Differenz der Messwerte der beiden Wegaufnehmer 13, 14 gebildet, verstärken sich die Messwertanteile der zu messenden Kraft F, während sich die Messwertanteile der quer dazu wirkenden Kräfte aufheben. Um die Querkräfte zu messen, kann die Summe der Messwerte beider Wegaufnehmer 13, 14 gebildet werden, wobei sich die Messwertanteile aus der zu messenden Kraft F gegenseitig aufheben, während sich die Messwertanteile aus den Querkräften addieren. Back to the 1 to 3 : Lateral disturbances such as lateral thermal expansions of the spring body 1 or transverse forces acting perpendicularly to the introduction of force F can be transmitted by the displacement transducer 13 affect the delivered measurement result. The further transducer 14 on the bottom 7 of the spring body 1 serves to compensate for such interference. In the simplest case, the further transducer 14 exactly the same as the position transducer 13 and arranged in mirror image so that the capacitances of the two transducers 13 . 14 change with load-induced deformation of the force transducer with the opposite sign and remain unchanged in the sum. Lateral disturbances, on the other hand, act equally on both transducers 13 . 14 , so when adding their measurement results. Is the difference of the measured values of the two transducers 13 . 14 formed, strengthen the measured value components of the force to be measured F, while cancel the measured value components of the forces acting transversely thereto. To measure the shear forces, the sum of the measured values of both transducers 13 . 14 are formed, wherein the measured value components of the force to be measured F cancel each other, while the measured value shares from the shear forces.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Kraftaufnehmers ist der weitere Wegaufnehmer 14 derart ausgebildet und angeordnet sein, dass er nur die Querkräfte erfasst und für die senkrecht auf den Krafteinleitungsbereich 4 des Federkörpers 1 wirkende Kraft F unempfindlich ist. Wird dann der Messwert des weiteren Wegaufnehmers 14 von dem des Wegaufnehmers 13 subtrahiert, so wird dessen Messwert von den Einflüssen der Querkräfte befreit. In the embodiment of the force transducer shown, the further displacement transducer 14 be designed and arranged such that it detects only the transverse forces and perpendicular to the force introduction region 4 of the spring body 1 acting force F is insensitive. Then becomes the measured value of the further transducer 14 from that of the transducer 13 subtracted, its measured value is freed from the influences of the transverse forces.

Wie 7 zeigt, besteht der weitere Wegaufnehmer 14 ebenfalls aus zwei Elektrodenkämmen 19, 20 mit jeweils einer Vielzahl von ineinander greifenden Elektrodenfingern 21, 22. Im Unterschied zu dem Wegaufnehmer 13 ist die Höhe der Elektrodenfinger 22 des einen Elektrodenkamms 20 größer als die Höhe der Elektrodenfinger 21 des anderen Elektrodenkamms 19, wobei die Elektrodenfinger 21 mit der geringeren Höhe sowohl im unbelasteten als auch im belasteten Zustand des Kraftaufnehmers vollständig in die Zwischenräume der Elektrodenfinger 22 mit der größeren Höhe eingreifen. Der weitere Wegaufnehmer 14 ist daher für Lageänderungen in Richtung der Krafteinleitung F unempfindlich, während er auf Lageänderungen in den anderen Richtungen genauso empfindlich reagiert, wie der Wegaufnehmer 13. Das Messergebnis des Wegaufnehmers 13 kann daher auf einfache Weise von den lateralen Störeinflüssen befreit werden, indem die Differenz der Einzelmessungen beider Wegaufnehmer 13, 14 gebildet wird. As 7 shows, there is the other transducer 14 also from two electrode combs 19 . 20 each with a plurality of intermeshing electrode fingers 21 . 22 , In contrast to the transducer 13 is the height of the electrode fingers 22 of the one electrode comb 20 greater than the height of the electrode fingers 21 of the other electrode comb 19 , wherein the electrode fingers 21 with the lower height both in the unloaded and in the loaded state of the force transducer completely into the interstices of the electrode fingers 22 intervene with the larger height. The further transducer 14 Therefore, it is insensitive to changes in position in the direction of the force F, while it reacts to changes in position in the other directions as sensitive as the transducer 13 , The measurement result of the transducer 13 can therefore be easily freed from the lateral interference by the difference of the individual measurements of both transducers 13 . 14 is formed.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers, bei dem der Federkörper 1 als beidseitig gelagerter Balken 23 ausgebildet ist. Der Federkörper 1 weist demnach zwei Lagerbereiche 3-1, 3-2 und einen in der Mitte dazwischen liegenden Krafteinleitungsbereich 4 auf. Zwischen jedem der beiden Lagerbereiche 3-1, 3-2 und dem Krafteinleitungsbereich 4 sind jeweils die zwei durch die Ausnehmung 5 gebildeten Verformungsbereiche und Neutralbereiche sowie der Wegaufnehmer 13 vorgesehen. Die Ausnehmung 5 ist genauso wie bei dem Beispiel nach 1 H-förmig ausgebildet. In der linken Bildhälfte ist der vordere Verformungsbereich 9 zu sehen, wobei durch geeignete Aussparungen 12 in den Längsseiten des Balkens 23 gezielte Materialschwächungen vorgenommen worden sind, um die Verformungs- bzw. Federcharakteristik der Verformungsbereiche einzustellen. In der rechten Bildhälfte ist der vordere Verformungsbereich 9 weggeschnitten, so dass die Kragarme der Neutralbereiche 10, 11 mit dem dazwischen liegenden Querschlitz der H-förmigen Ausnehmung 5 zu sehen sind. 8th shows a further embodiment of the force transducer according to the invention, in which the spring body 1 as bilaterally mounted beams 23 is trained. The spring body 1 therefore has two storage areas 3-1 . 3-2 and a midway intermediate force application area 4 on. Between each of the two storage areas 3-1 . 3-2 and the force application area 4 are each the two through the recess 5 formed deformation areas and neutral areas and the transducer 13 intended. The recess 5 is the same as the example 1 H-shaped. In the left half of the picture is the front deformation area 9 to see, through suitable recesses 12 in the long sides of the beam 23 targeted material weaknesses have been made to adjust the deformation or spring characteristic of the deformation ranges. In the right half of the picture is the front deformation area 9 cut away so that the cantilevers of the neutral areas 10 . 11 with the intermediate transverse slot of the H-shaped recess 5 you can see.

9 zeigt eine Variante des beidseitig gelagerten Balkens 23 aus 8, wobei nur die linke Balkenhälfte in Seitenansicht dargestellt ist. Im Unterschied zu dem Beispiel nach 8 ist die Dicke des Federkörpers 1 geringer, weswegen die Aussparungen 12 zur Materialschwächung in den Verformungsbereichen entfallen können. An der Unterseite 7 des Balkens 23 ist entsprechend dem Beispiel nach 2 ein weiterer Wegaufnehmer 14 angeordnet. 9 shows a variant of the double-sided mounted beam 23 out 8th , wherein only the left half of the beam is shown in side view. Unlike the example below 8th is the thickness of the spring body 1 less, so the recesses 12 to account for material weakening in the deformation areas. On the bottom 7 of the beam 23 is according to the example 2 another transducer 14 arranged.

10 zeigt eine Draufsicht auf den Balken 23 aus 8 oder 9 mit der Ausnehmung 5 zwischen dem hier gezeigten Lagerbereich 3-1 und dem Krafteinleitungsbereich 4. Die Neutralbereiche 10, 11 bilden Kragarme, die voneinander durch den Querschlitz und gegenüber den Verformungsbereichen 8, 9 durch die beiden Längsschlitze der H-förmigen Ausnehmung 5 getrennt werden. Die Längsschlitze haben jeweils ein von der Rechteckform abweichendes Profil, um die Breite der Verformungsbereiche 8, 9 zu variieren und eine gewünschte Federcharakteristik des Balkens 23 zu erhalten. 10 shows a plan view of the beam 23 out 8th or 9 with the recess 5 between the storage area shown here 3-1 and the force application area 4 , The neutral ranges 10 . 11 form cantilevers that are separated from each other by the transverse slot and the deformation areas 8th . 9 through the two longitudinal slots of the H-shaped recess 5 be separated. The longitudinal slots each have a profile deviating from the rectangular shape to the width of the deformation areas 8th . 9 to vary and a desired spring characteristic of the beam 23 to obtain.

11 zeigt eine Variante des Balkens 23, der hier breiter ist, als bei dem in 10 gezeigten Beispiel. Der Federkörper 1 enthält zwei in Richtung seiner Breite nebeneinander liegende Ausnehmungen 5-1, 5-2, wobei jede Ausnehmung jeweils zwei Neutralbereiche 10-1, 11-1 bzw. 10-2, 11-2 und Verformungsbereiche 8-1, 9-1 bzw. 8-2, 9-2 des Federkörpers 1 gegeneinander abgrenzt. Dabei fallen die Verformungsbereiche 9-1 und 8-2 zusammen bzw. bilden einen einzigen Verformungsbereich zwischen den Ausnehmungen 5-1, 5-2. Auch hier variiert die Breite der Längsschlitze der H-förmigen Ausnehmungen 5-1, 5-2 um eine gewünschte Federcharakteristik des Balkens 23 zu erhalten. 11 shows a variant of the bar 23 which is wider here than the one in 10 shown example. The spring body 1 contains two adjacent recesses in the direction of its width 5-1 . 5-2 Each recess has two neutral areas 10-1 . 11-1 respectively. 10-2 . 11-2 and deformation areas 8-1 . 9-1 respectively. 8-2 . 9-2 of the spring body 1 demarcated against each other. In this case, the deformation areas fall 9-1 and 8-2 together or form a single deformation region between the recesses 5-1 . 5-2 , Again, the width of the longitudinal slots of the H-shaped recesses varies 5-1 . 5-2 to a desired spring characteristic of the beam 23 to obtain.

12 zeigt in Draufsicht einen als Plattformwaage ausgebildeten Kraftaufnehmer mit einem Federkörper 1 in Form einer viereckigen Platte 24, die an ihren Ecken, den Lagerbereichen 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, auf Stützen (Füßen) 25 ruht und auf der Oberseite 6 in dem in der Mitte dazwischen liegenden Krafteinleitungsbereich 4 mit einer Druckkraft belastet wird. Im Bereich jeder Ecke 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 enthält die Platte 24 jeweils eine durchgehende Ausnehmung 5, die den Federkörper 1 in Verformungsbereiche 8, 9 und verformungsfreie Neutralbereiche 10, 11 auftrennt, wobei die Verformungsbereiche 8, 9 jeweils den Lagerbereich 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 mit dem Krafteinleitungsbereich 4 verbinden und die dazwischen liegenden Neutralbereiche 10, 11 jeweils nur mit dem Lagerbereich 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 bzw. dem Krafteinleitungsbereich 4 verbunden sind. 12 shows in plan view designed as a platform scale load cell with a spring body 1 in the form of a square plate 24 at their corners, the storage areas 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 , on supports (feet) 25 resting and on top 6 in the mid-intermediate force application area 4 is loaded with a compressive force. In the area every corner 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 contains the plate 24 in each case a continuous recess 5 that the spring body 1 in deformation areas 8th . 9 and deformation-free neutral ranges 10 . 11 separates, with the deformation areas 8th . 9 each the storage area 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 with the force application area 4 connect and the intermediate neutral areas 10 . 11 only with the storage area 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 or the force application area 4 are connected.

An den unterschiedlichen Ecken 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 sind hier unterschiedliche Beispiele gezeigt, wie die Ausnehmung 5 angeordnet oder ausgeführt sein kann, wobei natürlich in Realität die Ausnehmungen 5 an allen Ecken der Plattformwaage einheitlich angeordnet bzw. ausgeführt sind. At the different corners 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 Here are shown different examples, such as the recess 5 may be arranged or carried out, of course, in reality, the recesses 5 are uniformly arranged or executed at all corners of the platform scale.

Im Bereich der Ecken 3-1 und 3-4 enthält die Platte 24 jeweils ein Paar von Aussparungen 26 oder parallelen Schlitzen 27, die sich über eine bestimmte Länge in Richtung zum Krafteinleitungsbereich 4 erstrecken, so dass zwischen den Aussparungen 26 bzw. Schlitzen 27 jeweils ein Biegebalken gebildet wird, der an einem Ende (Ecke 3-1 bzw. 3-4) aufgestützt und an dem anderen Ende mit dem Krafteinleitungsbereich 4 verbunden ist. In the area of the corners 3-1 and 3-4 contains the plate 24 each a pair of recesses 26 or parallel slots 27 which extend over a certain length in the direction of the force introduction area 4 extend so that between the recesses 26 or slots 27 in each case a bending beam is formed, which at one end (corner 3-1 respectively. 3-4 ) and at the other end with the force application area 4 connected is.

13 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen Kraftaufnehmer in Form einer zylindrischen Kraftmessdose oder Wägezelle in einem Schnitt, der in der den Kraftaufnehmer in Draufsicht zeigenden 14 mit A-A bezeichnet ist. Der Kraftaufnehmer weist einen Federkörper 1 auf, der als Kreis- bzw. Ringscheibe 28 mit einem zentralen inneren Krafteinleitungsbereich 4 und einem äußeren ringförmigen Lagerbereich 3 ausgebildet ist. Der Federkörper 1 weist in seinem Krafteinleitungsbereich 4 ein zylindrisches Krafteinleitungsteil 29 auf, das die zu messende und in Richtung der Zylinderachse 30 wirkende Kraft oder Last F aufnimmt. In seinem äußeren Lagerbereich 3 ist der Federkörper 1 mit einem äußeren Aufstellring 31 verbunden, der auf einer hier nicht gezeigten festen Unterlage steht. Das Krafteinleitungsteil 29, die Ringscheibe 28 und der Aufstellring 31 sind vorzugsweise aus Stahl und einstückig ausgeführt. Der Aufstellring 31 ist unten mit einer Membran oder Bodenplatte 32 und oben zu dem Krafteinleitungsteil 29 hin mit einer Membran 33 abgeschlossen, so dass der Kraftaufnehmer bzw. die Wägezelle eine Dose bildet, die mit einem Schutzgas gefüllt sein kann. Zur Aufnahme von Querkräften ist es möglich, das Krafteinleitungsteil 29 auf die gleiche Weise, wie es im oberen Bereich durch die Membran 33 zentriert ist, auch im unteren Bereich durch eine hier nicht gezeigte Ringmembran zwischen dem Krafteinleitungsteil 29 und dem Aufstellring 31 zu zentrieren. 13 shows in a greatly simplified representation of a force transducer in the form of a cylindrical load cell or load cell in a section, which in the force transducer in plan view 14 designated AA. The load cell has a spring body 1 on, as a circular or annular disk 28 with a central inner force introduction area 4 and an outer annular storage area 3 is trained. The spring body 1 points in its force introduction area 4 a cylindrical force introduction part 29 on, the one to be measured and in the direction of the cylinder axis 30 acting force or load F absorbs. In his outer storage area 3 is the spring body 1 with an outer collar 31 connected, which stands on a solid support, not shown here. The force introduction part 29 , the ring disk 28 and the collar 31 are preferably made of steel and one piece. The erection ring 31 is down with a membrane or bottom plate 32 and above to the force introduction part 29 out with a membrane 33 completed, so that the load cell or the load cell forms a can, which can be filled with a protective gas. To absorb lateral forces, it is possible, the force introduction part 29 on the same way as it is in the upper area through the membrane 33 is centered, even in the lower area by a ring diaphragm, not shown here between the force introduction part 29 and the collar 31 to center.

Zwischen dem Lagerbereich 3 und dem Krafteinleitungsbereich 4 enthält der Federkörper 1 (Ringscheibe 28) drei Ausnehmungen 5-1, 5-2, 5-3, die im Wesentlichen H-förmig ausgebildet und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, d. h. mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Jede Ausnehmung 5-1, 5-2, 5-3 grenzt jeweils zwei Neutralbereiche 10-1, 11-1; 10-2, 11-2 bzw. 10-3, 11-3 und Verformungsbereiche 8-1, 9-1; 8-2, 9-2 bzw. 8-3, 9-3 des Federkörpers 1 gegeneinander ab, wobei die Verformungsbereiche 9-1, 8-2; 9-2, 8-3 und 9-3, 8-1 jeweils benachbarter Ausnehmungen zusammenfallen. In den Neutralbereichen 10-1, 11-1; 10-2, 11-2; 10-3, 11-3 sind die zweiteiligen Wegaufnehmer 13-1, 13-2, 13-3 angeordnet. Between the storage area 3 and the force application area 4 contains the spring body 1 (Washer 28 ) three recesses 5-1 . 5-2 . 5-3 , which are substantially H-shaped and evenly distributed in the circumferential direction, that are arranged at the same angular distance from each other. Every recess 5-1 . 5-2 . 5-3 borders in each case two neutral ranges 10-1 . 11-1 ; 10-2 . 11-2 respectively. 10-3 . 11-3 and deformation areas 8-1 . 9-1 ; 8-2 . 9-2 respectively. 8-3 . 9-3 of the spring body 1 against each other, wherein the deformation areas 9-1 . 8-2 ; 9-2 . 8-3 and 9-3 . 8-1 each adjacent recesses coincide. In the neutral areas 10-1 . 11-1 ; 10-2 . 11-2 ; 10-3 . 11-3 are the two-piece transducers 13-1 . 13-2 . 13-3 arranged.

Bei dem in 15 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Längsseiten der H-förmigen Ausnehmungen 5-1, 5-2, 5-3 in Umfangsrichtung jeweils so weit ausgedehnt, dass die dazwischen verbleibenden Verformungsbereiche 8-1...3, 9-1...3 zu Stegen oder Speichen 34 reduziert werden. At the in 15 Shown embodiment, the longitudinal sides of the H-shaped recesses 5-1 . 5-2 . 5-3 in the circumferential direction in each case so far expanded that the remaining between them deformation areas 8-1 ... 3, 9-1 ... 3 to bars or spokes 34 be reduced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0534270 A1 [0002, 0003, 0006, 0011]
DE 102011076008 [0003]

Claims

Force transducer with a spring body ( 1 ), which is located between a storage area ( 3 ) and a force introduction area ( 4 ) at least one recess ( 5 ) containing the spring body ( 1 ) from one side ( 6 ) to an opposite side ( 7 ) and there in two deformation areas ( 8th . 9 ) and two non-deforming neutral areas ( 10 . 11 ), wherein both deformation areas ( 8th . 9 ) the storage area ( 3 ) with the force introduction area ( 4 ) and the neutral ranges ( 10 . 11 ) only with the storage area ( 3 ) and the force application area ( 4 ), and at least one two-part transducer ( 13 ), whose parts ( 15 . 16 ) in the neutral areas ( 10 . 11 ) of the spring body ( 1 ) are arranged for detecting the relative change in position, characterized in that the recess ( 5 ) the spring body ( 1 ) in the direction of the force introduction (F) and that the parts ( 15 . 16 ) of the at least one transducer ( 13 ) on one of the sides perpendicular to the direction of the force introduction (F) ( 6 . 7 ) of the spring body ( 1 ) are arranged.

Force transducer according to claim 1, characterized in that the spring body ( 1 ) as a single-sided double bending beam ( 2 ) is formed and in the deformation areas ( 8th . 9 ) Recesses ( 12 ) in the direction perpendicular to the introduction of force (F) contains.

Force transducer according to claim 1, characterized in that the spring body ( 1 ) as bilaterally mounted beams ( 23 ) is formed, wherein between each of the two storage areas ( 3-1 . 3-2 ) and in the middle between the force application area ( 4 ) each of the two deformation areas ( 8th . 9 ) and the two neutral areas ( 10 . 11 ) with the transducer ( 13 ) are provided.

Force transducer according to claim 1, characterized in that the spring body ( 1 ) as a plate ( 24 ), in particular a triangular or quadrangular plate, which is mounted in at least three places, wherein between each of the at least three storage areas ( 3-1 . 3-2 . 3-3 . 3-4 ) and in the middle between the force application area ( 4 ) each of the two deformation areas ( 8th . 9 ) and the two neutral areas ( 10 . 11 ) with the transducer ( 13 ) are provided.

Force transducer according to claim 1, characterized in that the spring body ( 1 ) as a circular or annular disc ( 28 ) with a central inner force introduction region ( 4 ) and outer circulating storage area ( 3 ) is formed, between which the spring body ( 1 ) the recess ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) at least three times and distributed uniformly in the circumferential direction, so that at least three deformation areas ( 8-1 . 8-2 . 8-3 respectively. 9-3 . 9-1 . 9-2 ) with two neutral areas ( 10-1 . 11-1 ; 10-2 . 11-2 ; 10-3 . 11-3 ;) and arranged there two-part transducers ( 13-1 . 13-2 . 13-3 ) available.

Force transducer according to claim 5, characterized in that the recesses ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) are each extended so far in the circumferential direction that the deformation areas remaining therebetween ( 8-1 ... 3, 9-1 ... 3) are web-shaped or spoke-shaped.

Force transducer according to claim 6, characterized in that the web or spoke-shaped deformation regions tangentially from the force introduction region ( 4 ) to the storage area ( 3 ).

Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement transducer ( 13 ) another identical transducer ( 14 ) is opposite, on the other side opposite and also to the direction of the force (F) vertical side ( 7 ) of the spring body ( 1 ) is arranged.

Force transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement transducer ( 13 ) is adapted to the relative change in position of the neutral areas ( 10 . 11 ) contactlessly.

Force transducer according to claim 9, characterized in that the at least one displacement transducer ( 13 ) is designed as a capacitive transducer whose two parts of electrode combs ( 15 . 16 ) each having a plurality of electrode fingers ( 17 . 18 ), the electrode combs ( 15 . 16 ) are arranged in perpendicular to the direction of the introduction of force (F) lying parallel planes and under load of the force transducer, the electrode fingers ( 18 ) of the one electrode comb ( 16 ) in the interdental spaces of the other electrode comb ( 15 ) or dive out of them.

Force transducer according to claim 10, characterized in that the planes in which the electrode combs ( 15 . 16 ), in the unloaded state of the force transducer have a parallel offset, which decreases under load of the force transducer, so that the electrode fingers ( 18 ) of the one electrode comb ( 16 ) in the interdental spaces of the other electrode comb ( 15 ) immerse.

Force transducer according to claim 11, characterized in that the parallel offset smaller or equal to the height (D) of the electrode fingers ( 17 . 18 ).

Force transducer according to claim 8 in conjunction with claim 10, 11 or 12, characterized in that the further displacement transducer ( 14 ) is designed such that the height of the electrode fingers ( 22 ) of the one electrode comb ( 20 ) greater than the height of the electrode fingers ( 21 ) of the other electrode comb ( 19 ) and the electrode fingers ( 21 ) with the lower height both in the unloaded and in the loaded state of the force transducer completely in the interstices of the electrode fingers ( 22 ) intervene with the larger height.