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Die Erfindung betrifft einen Kraft-Momenten-Sensor für Handhabungsgeräte, zum Messen von zwischen einem Grundkörper und einem Flanschkörper wirkenden Kräften und Momenten, insbesondere zum Messen von axial in Richtung einer Mittellängsachse des Kraft-Momenten-Sensors wirkenden Kräften und um die Mittellängsachse wirkenden Momenten, sowie in Richtung von jeweils einer senkrecht zur Mittellängsachse angeordneten zweiten und dritten Achse wirkenden Kräften und um die zweite und dritte Achse wirkenden Momenten, wobei zwischen dem Flanschkörper und dem Grundkörper aufgrund der Kräfte und Kippmomente elastisch verformbare Verformungskörper vorgesehen sind.
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In der Automatisierungstechnik und der Servicerobotik werden häufig die auftretenden Interaktionskräfte und Momente, bspw. beim Öffnen einer Tür oder bei der Montage eines Werkstücks benötigt. Diese Kräfte und Momente können mit einem Kraft-Momenten-Sensor gemessen bzw. überwacht werden.
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Kraft-Momenten-Sensoren sind beispielsweise aus der
DE 20 2009 003 540 U1 bekannt geworden. Bei diesem Kraft-Momenten-Sensor wird aus einer aus der Verformung der Verformungskörper resultierende Abstandsänderung auf die Höhe der wirkenden Kräfte und Momente rückgeschlossen. Bei diesen Kraft-Momenten-Sensoren hat sich herausgestellt, dass eine Messung der Kippmomente in unterschiedlichen Richtungen aufgrund der unterschiedlichen Verformungssteifigkeiten des Verformungskörpers, je nach Richtung des Kraftangriffs, zu unterschiedlichen Ergebnissen führt.
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Darüber hinaus sind Kraft-Momenten-Sensoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei denen Dehn-Mess-Streifen zur Messung der wirkenden Kräfte und Momente auf die Verformungskörper aufgeklebt werden und mittels der Dehn-Mess-Streifen die Verformung der Verformungskörper gemessen wird. Somit können auf den Kraft-Momenten-Sensor wirkende Kräfte jeweils in Richtung einer X-, Y-, und Z-Achse, sowie Momente um die X-, Y-, und Z-Achse gemessen werden. Die Anbringung bzw. Verklebung der Dehn-Mess-Streifen ist jedoch aufgrund der erforderlichen hohen Genauigkeit nicht nur kompliziert und aufwändig. Vielmehr ist die Anbringung der Dehn-Mess-Streifen auch sehr teuer und führt zu vergleichsweise hohen Produktionskosten für diejenigen Kraft-Momenten-Sensoren, bei denen eine Verformung mittels Dehn-Mess-Streifen direkt gemessen wird. Aus der
WO 2012/153643 A1 ist ein Kraft-Momenten-Sensor mit Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraft-Momenten-Sensor bereitzustellen, mit dem einerseits eine zuverlässige Messung der wirkenden Kräfte und Momente ermöglicht wird und der andererseits kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kraft-Momenten-Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein derartiger Kraft-Momenten-Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass zur Messung der Kräfte und Momente lineare Inkrementalgeber, insbesondere lineare Magnetencoder, vorgesehen sind, die zwischen dem Grundkörper und dem Flanschkörper angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise ist der Flanschkörper dabei ist zur Verbindung mit einem Deckelkörper ausgelegt, der zur Verbindung mit einem Greifer eines Handhabungsgeräts ausgelegt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Flanschkörper zur direkten Verbindung mit einem Greifer eines Handhabungsgeräts ausgelegt ist. Wenn der Grundkörper zur Verbindung mit einem Roboterarm eines Handhabungsgeräts ausgelegt ist kann der Kraft-Momenten-Sensor dann zwischen einem Greifer und einem Roboterarm eines Handhabungsgeräts angeordnet werden.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Kraft-Momenten-Sensors ist vorgesehen, dass der Flanschkörper koaxial zur Mittellängsachse im Grundkörper angeordnet ist und dass drei Verformungskörper vorgesehen sind, die radial angeordnet sind und zur Verbindung des Flanschkörpers mit dem Grundkörper ausgelegt sind. Dabei ist es möglich, dass der Grundkörper eine in etwa kreiszylindrische Ausnehmung aufweist, die koaxial zur Mittellängsachse angeordnet ist, wobei der innerhalb der kreiszylindrischen Ausnehmung Flanschkörper koaxial zur Mittellängsachse angeordnet sein kann. Der Flanschkörper kann vorteilhafterweise in Richtung der Mittellängsachse ebenfalls in etwa kreiszylindrisch ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass am Flanschkörper drei Ansteuerabschnitte vorgesehen sind und dass am Grundkörper Hebelabschnitte vorgesehen sind, wobei jeweils jedem Ansteuerabschnitt zwei Hebelabschnitte zugeordnet sind. Mittels der Ansteuerabschnitte kann eine Verformung des Kraft-Momenten-Sensors, d.h. eine Verlagerung des Flanschkörpers gegenüber dem Grundkörper auf die Hebelabschnitte übertragen werden, wobei mittels der Hebelabschnitte eine Bewegung der Ansteuerabschnitte aufgrund der Verlagerung des Verformungskörpers in eine zumindest teilweise Translation der Hebelabschnitte derart umgewandelt werden kann, dass die Hebelabschnitte zur Messung der Kräfte und Momente mit den linearen Inkrementalgebern zusammenwirken.
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Um eine besonders zuverlässige Messung von wirkenden Kräften und Momenten bereitstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Ansteuerabschnitt jeweils derart mit einem ersten, dem jeweiligen Ansteuerabschnitt zugeordneten Hebelabschnitt verbunden ist, dass eine rotatorische Bewegung des Flanschkörpers um die Mittellängsachse in eine tangentiale Bewegung des ersten Hebelabschnitts umgewandelt wird und wenn ein Ansteuerabschnitt jeweils derart mit einem zweiten, dem jeweiligen Ansteuerabschnitt zugeordneten Hebelabschnitt verbunden ist, dass eine axiale Bewegung des Flanschkörpers in eine radiale Bewegung des zweiten Hebelabschnitts umgewandelt wird. Vorteilhafterweise ist dann jeweils dem ersten Hebelabschnitt eine Vorrichtung zur Positionserkennung des jeweiligen ersten linearen Inkrementalgebers zugeordnet, wobei dem zweiten Hebelabschnitt eine Vorrichtung zur Positionserkennung des jeweiligen zweiten linearen Inkrementalgebers zugeordnet ist. Dabei ist die erste Vorrichtung zur Positionserkennung vorteilhafterweise tangential angeordnet, wobei die zweite Vorrichtung zur Positionserkennung vorteilhafterweise radial angeordnet ist.
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Mit insgesamt sechs Hebelabschnitten können mit den linearen Inkrementalgebern, bzw. den linearen Magnetencodern, die in tangentialer Richtung angeordnet sind, und mittels den in tangentialer Richtung angeordneten Hebelabschnitten Bewegungen des Flanschkörpers in einer X-/Y-Ebene des Kraft-Momenten-Sensors, also Rotationen um die Z-Achse und Bewegungen in X- und Y-Richtung, sowie Kombinationen davon, erfasst werden, wobei mittels den in radialer Richtung angeordneten Hebelabschnitten bzw. den diesen zugeordneten linearen Inkrementalgebern bzw. linearen Magnetencodern, die in radialer Richtung angeordnet sind, axiale Bewegungen in Z-Richtung und Rotationen um die X- und Y-Achse, sowie Kombinationen davon, erfasst werden können.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn am Ansteuerabschnitt jeweils ein erster Übertragungsabschnitt vorgesehen ist, der zur Ansteuerung des ersten Hebelabschnitts mit diesem zusammenwirkt und eine senkrecht zur tangentialen Bewegungsrichtung des ersten Hebelabschnitts angeordnete Übertragungsfläche aufweist, und wenn am Ansteuerabschnitt jeweils ein zweiter Übertragungsabschnitt vorgesehen ist, der zur Ansteuerung des zweiten Hebelabschnitts mit diesem zusammenwirkt und eine parallel zur radialen Bewegungsrichtung des zweiten Hebelabschnitts angeordnete Übertragungsfläche aufweist, die senkrecht zur Mittellängsachse angeordnet ist. Somit kann eine Verlagerung des Verformungskörpers und eine daraus resultierende Verlagerung der drei Ansteuerabschnitte in eine jeweils translatorische Bewegung der insgesamt sechs Hebelabschnitte gegenüber den insgesamt sechs Vorrichtungen zur Positionserkennung umgewandelt werden. Vorteilhafterweise ist der erste Übertragungsabschnitt im Bereich der ersten Übertragungsfläche mit dem ersten Hebelabschnitt durch ein Gelenk, insbesondere durch ein Filmscharnier verbunden, wobei der zweite Übertragungsabschnitt im Bereich der zweiten Übertragungsfläche mit dem zweiten Hebelabschnitt durch ein weiteres Gelenk, insbesondere durch ein Filmscharnier verbunden ist.
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Um die Verlagerung der Ansteuerabschnitte möglichst effektiv in eine translatorische Bewegung der Hebelabschnitte umwandeln zum können und eine möglichst effektive Messung der translatorischen Verlagerung mittels der Vorrichtungen zur Positionserkennung ermöglichen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hebelabschnitte ein freies erstes Ende mit einem Sensorabschnitt aufweisen, der zur Anordnung eines Bauteils eines linearen Inkrementalgebers, insbesondere eines Magnetband mit einer magnetischen Teilung, ausgebildet ist, und wenn die Hebelabschnitte an ihrem dem freien ersten Ende abgewandten zweiten Ende mittels eines Gelenks mit dem Grundkörper verbunden sind.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Hebelabschnitte am Sensorabschnitt eine konvexe Krümmung aufweisen. Vorteilhafterweise entspricht der Radius der Krümmung dem Abstand des Gelenks zum Sensorabschnitt, so dass eine Verlagerung der Ansteuerabschnitte in eine in etwa translatorische Bewegung der Sensorabschnitte auf einer Kreisbahn umgewandelt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist das Gelenk als Filmscharnier ausgebildet.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kraft-Momenten-Sensors ist vorgesehen, dass die linearen Inkrementalgeber jeweils ein Magnetband mit einer magnetischen Teilung und eine Vorrichtung zur Positionserkennung umfassen. Die magnetische Teilung kann dabei im Bereich von weniger als einem µm liegen. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Magnetband auf den Sensorabschnitten angeordnet, insbesondere auf die Sensorabschnitte aufgeklebt ist. Vorteilhafterweise erfolgt die magnetische Teilung dabei durch die Anordnung von magnetischen Dipolen in einer bestimmten Teilungsperiode.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Positionserkennung nach dem Hall-Effekt oder nach dem magnetoresistiven Effekt ausgelegt ist. Somit kann eine translatorische Verlagerung der Sensorabschnitte bzw. der auf den Sensorabschnitten angeordneten Magnetbänder mit den jeweiligen Vorrichtungen zur Positionserkennung detektiert werden. Aus der jeweils detektierten Verlagerung kann dann auf die wirkenden axialen Kräfte und Momente rückgeschlossen werden. Vorteilhafterweise ist hierzu eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die zur Berechnung der wirkenden Kräfte und Momente aus den gemessenen Werten für die translatorische Verlagerung der Sensorabschnitte ausgelegt ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kraft-Momenten-Sensors ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Positionserkennung jeweils ortsfest mit dem Grundkörper verbunden ist und dass das Magnetband jeweils gegenüber dem Grundkörper verlagerbar angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist das Magnetband eines jeweiligen linearen Inkrementalgebers dabei jeweils am Sensorabschnitt der Hebelabschnitte angeordnet.
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Um eine möglichst symmetrische Kraft- und Momenteneinleitung erreichen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verformungskörper am Umfang des Flanschkörpers in einem Winkel von etwa 120° zueinander angeordnet sind.
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Um eine Umrechnung der gemessenen Verlagerung der jeweiligen Magnetbänder gegenüber den jeweiligen Vorrichtungen zur Positionserkennung in die vom Kraft-Momenten-Sensor zu messenden Kräfte und Momente auf einfache Art und Weise ermöglichen zu können, ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn die Ansteuerabschnitte am Umfang des Flanschkörpers in einem Winkel von etwa 120° zueinander angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise sind die Ansteuerabschnitte dabei jeweils mittig zwischen jeweils zwei Verformungskörpern angeordnet.
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Um eine besonders einfache, leichte und kostengünstige Herstellung des Kraft-Momenten-Sensors ermöglichen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Grundkörper, der Flanschkörper, die Verformungskörper, die Ansteuerabschnitte und die Hebelabschnitte einstückig mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die vorstehend genannten Bauteile einstückig aus Polyamid hergestellt sind.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer eine Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
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Es zeigen:
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1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Kraft-Momenten-Sensors mit einem daran angeordneten Deckelkörper von oben;
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2 den Kraft-Momenten-Sensor und den Deckelkörper gemäß 1 in einer Schrägansicht von unten;
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3 eine Schrägansicht eines Teils des Kraft-Momenten-Sensors gemäß 1 in Alleindarstellung von oben;
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4 eine Schrägansicht des Kraft-Momenten-Sensors gemäß 1 von oben;
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5 den Kraft-Momenten-Sensor gemäß 4 in einer Unteransicht;
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6 eine teilweise weggebrochene Schnittansicht des Kraft-Momenten-Sensors gemäß der 4 und 5;
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7 einen ersten Hebelabschnitt eines erfindungsgemäßen Kraft-Momenten-Sensors mit einem damit verbundenen ersten Übertragungsabschnitt in einer Vorderansicht;
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8 den ersten Hebelabschnitt und den ersten Übertragungsabschnitt gemäß 7 in einer Schrägansicht;
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9 einen zweiten Hebelabschnitt eines erfindungsgemäßen Kraft-Momenten-Sensors mit einem damit verbundenen zweiten Übertragungsabschnitt in einer Seitenansicht; und
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10 den zweiten Hebelabschnitt und den zweiten Übertragungsabschnitt gemäß 9 in einer Schrägansicht.
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In den 1 bis 10 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraft-Momenten-Sensors 10 gezeigt.
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In 1 ist der Kraft-Momenten-Sensor 10 mit einem Deckelkörper 12 verbunden, der zur Verbindung mit einem in den Figuren nicht gezeigten Greifer eines Handhabungsgeräts ausgelegt ist. Der Kraft-Momenten-Sensor 10 weist einen Grundkörper 14 auf, der zur Verbindung mit einem in den Figuren ebenfalls nicht gezeigten Roboterarm eines Handhabungsgeräts ausgelegt ist. Somit kann der Kraft-Momenten-Sensor 10 zwischen einem Greifer und einem Roboterarm eines Handhabungsgeräts angeordnet werden.
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Wie in den 2 bis 5 deutlich zu erkennen ist, weist der Kraft-Momenten-Sensor 10 den Grundkörper 14 und einen mit dem Grundkörper 14 durch insgesamt drei Verformungskörper 16 verbundenen Flanschkörper 18 auf. Um eine möglichst symmetrische Kraft- und Momenteneinleitung erreichen zu können, sind die Verformungskörper 16 am Umfang des Flanschkörpers 18 in einem Winkel von etwa 120° zueinander angeordnet. Der Kraft-Momenten-Sensor 10 ist zum Messen von zwischen dem Grundkörper 14 und dem Flanschkörper 18 in Richtung einer Mittellängsachse 20 des Kraft-Momenten-Sensors 10 wirkenden Kräften und um die Mittellängsachse 20 wirkenden Momenten, sowie in Richtung von jeweils einer senkrecht zur Mittellängsachse 20 angeordneten zweiten Achse und einer senkrecht zur Mittellängsachse 20 und zur zweiten Achse angeordneten dritten Achse wirkenden Kräften und zum Messen von um die zweite und dritte Achse wirkenden Momenten ausgelegt. Die Verformungskörper 16 sind dabei derart ausgebildet, dass sie aufgrund der Kräfte und Momente elastisch verformbar sind.
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Zur Messung der wirkenden Kräfte und Momente weist der Kraft-Momenten-Sensor 10 als lineare Magnetencoder ausgebildete lineare Inkrementalgeber 22 auf, die zwischen dem Grundkörper 14 und dem Flanschkörper 18 angeordnet sind.
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Der Flanschkörper 18 ist koaxial zur Mittellängsachse 20 im Grundkörper 14 in einer in etwa kreiszylindrischen Ausnehmung 24 des Grundkörpers 14 angeordnet. Insgesamt sind drei Verformungskörper 16 vorgesehen, die radial, d.h. senkrecht zur Mittellängsachse 20 angeordnet sind und zur Verbindung des Flanschkörpers 18 mit dem Grundkörper 14 ausgelegt sind. Der Flanschkörper 18 ist ebenfalls koaxial zur Mittellängsachse 20 angeordnet und in Richtung der Mittellängsachse 20 ebenfalls in etwa kreiszylindrisch ausgebildet.
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Am Flanschkörper 18 sind drei Ansteuerabschnitte 26 vorgesehen, wobei am Grundkörper 14 erste und zweite Hebelabschnitte 28, 30 vorgesehen sind, die in den 6 bis 10 deutlich zu erkennen sind. Die Ansteuerabschnitte 26 sind am Umfang des Flanschkörpers 18 in einem Winkel von etwa 120° zueinander jeweils zwischen zwei Verformungskörpern 16 angeordnet.
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Jedem Ansteuerabschnitt 26 sind jeweils zwei Hebelabschnitte 28, 30 zugeordnet. Mittels der Ansteuerabschnitte 26 kann eine Verformung des Kraft-Momenten-Sensors 10, d.h. eine Verlagerung des Flanschkörpers 18 gegenüber dem Grundkörper 14 auf die Hebelabschnitte 28, 30 übertragen werden, wobei mittels der Hebelabschnitte 28, 30 eine Bewegung der Ansteuerabschnitte 26 aufgrund der Verlagerung des Flanschkörpers 18 in eine zumindest teilweise Translation der Hebelabschnitte 28, 30 derart umgewandelt werden kann, dass die Hebelabschnitte 28, 30 zur Messung der Kräfte und Momente mit den linearen Inkrementalgebern 22 zusammenwirken.
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Jeder Ansteuerabschnitt 26 ist jeweils derart mit einem ersten, dem jeweiligen Ansteuerabschnitt 26 zugeordneten Hebelabschnitt 28 verbunden, dass eine rotatorische Bewegung des Flanschkörpers 18 um die Mittellängsachse 20 in eine tangentiale Bewegung des ersten Hebelabschnitts 28 in Richtung des Doppelpfeils 32 umgewandelt wird. Ferner ist jeder Ansteuerabschnitt 26 jeweils derart mit einem zweiten, dem jeweiligen Ansteuerabschnitt 26 zugeordneten Hebelabschnitt 30 verbunden, dass eine axiale Bewegung des Flanschkörpers 18 in Richtung der Mittellängsachse 20 in eine radiale Bewegung des zweiten Hebelabschnitts 30 in Richtung des Doppelpfeils 34 (vgl. 6) umgewandelt wird.
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An den Ansteuerabschnitten 26 ist jeweils ein erster Übertragungsabschnitt 36 vorgesehen, der zur Ansteuerung des ersten Hebelabschnitts 28 mit diesem zusammenwirkt und eine senkrecht zur durch den Doppelpfeil 32 gekennzeichneten tangentialen Bewegungsrichtung des ersten Hebelabschnitts 28 angeordnete Übertragungsfläche 38 aufweist. Der Übertragungsabschnitt 36 und die Übertragungsfläche 38 sind insbesondere in den 6 bis 8 deutlich zu erkennen. Dabei ist ferner zu erkennen, dass zwischen dem ersten Hebelabschnitt 28 und dem Übertragungsabschnitt 36 ein kreiszylindrisch ausgebildetes Schubelement 40 vorgesehen ist, das einerseits mit dem Übertragungsabschnitt 36 und andererseits mit dem ersten Hebelabschnitt 28 durch als Filmscharnier ausgebildete Kugelgelenke 41, 43 verbunden ist. Um die Verlagerung des jeweiligen Ansteuerabschnitts 26 in einer zumindest teilweise tangentialen Richtung in eine translatorische Bewegung des Hebelabschnitts 28 in einer tangentialen Richtung umsetzen und diese messen zu können, weisen die ersten Hebelabschnitte 28 ein freies erstes Ende 42 mit einem Sensorabschnitt 44 auf, der zur Anordnung eines Magnetbands 46 mit einer magnetischen Teilung im Bereich von unter einem µm ausgebildet ist. Das Magnetband 46 ist auf dem Sensorabschnitt 44 angeordnet, insbesondere auf diesen aufgeklebt. Ferner weisen die ersten Hebelabschnitte 28 an ihrem dem freien ersten Ende 42 abgewandten zweiten Ende 48 ein Gelenk 50 in Form eines Filmscharniers auf, mittels dem die ersten Hebelabschnitte 28 mit dem Grundkörper 14 verbunden sind.
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An den Ansteuerabschnitten 26 ist ferner jeweils ein zweiter Übertragungsabschnitt 52 vorgesehen, der zur Ansteuerung des zweiten Hebelabschnitts 30 mit diesem zusammenwirkt und eine parallel zur radialen Bewegungsrichtung des zweiten Hebelabschnitts 30, die durch den Doppelpfeil 34 gekennzeichnet ist, angeordnete zweite Übertragungsfläche 54 aufweist, die senkrecht zur Mittellängsachse 20 angeordnet ist. Der zweite Übertragungsabschnitt 52 und die zweite Übertragungsfläche 54 sind insbesondere in den 6, 9 und 10 deutlich zu erkennen. Dabei ist ferner zu erkennen, dass zwischen dem zweiten Hebelabschnitt 30 und dem zweiten Übertragungsabschnitt 52 ebenfalls ein kreiszylindrisch ausgebildetes Schubelement 56 vorgesehen ist, das einerseits mit der zweiten Übertragungsfläche 54 des zweiten Übertragungsabschnitts 52 und andererseits mit einem Hebelfortsatz 58 des zweiten Hebelabschnitts 30 durch als Filmscharnier ausgebildete Kugelgelenke 60, 62 verbunden ist. Um die Verlagerung des Flanschkörpers 18 bzw. des jeweiligen Ansteuerabschnitts 26 in einer axialen Richtung, d.h. in Richtung der Mittellängsachse 20 in eine translatorische Bewegung des Hebelabschnitts 30 in einer radialen Richtung umsetzen und diese messen zu können, weisen die zweiten Hebelabschnitte 30 ebenfalls ein freies erstes Ende 64 mit einem Sensorabschnitt 66 auf, der zur Anordnung eines Magnetbands 68 mit einer magnetischen Teilung im Bereich von unter einem µm ausgebildet ist. Das Magnetband 46 ist auf dem Sensorabschnitt 44 angeordnet, insbesondere auf dieses aufgeklebt. Ferner weisen die zweiten Hebelabschnitte 30 an ihrem dem freien ersten Ende 64 abgewandten zweiten Ende 70 ein Gelenk 72 in Form eines Filmscharniers auf, mittels dem die zweiten Hebelabschnitte 30 mit dem Grundkörper 14 verbunden sind. Der Hebelfortsatz 58 ist ebenfalls im Bereich des zweiten Endes 70 angeordnet.
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Im Bereich der Sensorabschnitte 44, 66 bzw. im Bereich der Magnetbänder 46, 68 weisen die Hebelabschnitte 28, 30 eine konvexe Krümmung mit einem Radius auf, der in etwa dem Abstand der Gelenke 50, 72 zu den Sensorabschnitten 44, 66 der jeweiligen Hebelabschnitte 28, 30 entspricht.
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Die linearen Inkrementalgeber 22 weisen jeweils eine Vorrichtung zur Positionserkennung 74, 76 auf, die den Sensorabschnitten 44, 66 der Hebelabschnitte 28, 30 bzw. den Magnetbändern 46, 48 zugeordnet ist. Die Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 sind jeweils auf einer Platine 77 angeordnet (vgl. 6), die mit dem Grundkörper 14 von einer Unterseite mittels dafür vorgesehener Befestigungsabschnitte 79 (vgl. 2) verschraubt ist. Folglich sind die Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 ortsfest mit dem Grundkörper 14 verbunden. Aufgrund der Anordnung der Magnetbänder 46, 68 auf den konvexen Sensorabschnitten 44, 66 kann beim Verschwenkens der Hebelabschnitte 28, 30 um die Gelenke 50, 72 ein gleichbleibender Abstand zwischen den Magnetbändern 46, 68 und den Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 und somit eine zuverlässige Messung einer translatorischen Bewegung der Sensorabschnitte bzw. der Magnetbänder 46, 48 ermöglicht werden.
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Dabei ist eine erste Vorrichtung zur Positionserkennung 74 tangential angeordnet, wobei die zweite Vorrichtung zur Positionserkennung 76 radial angeordnet ist. Die Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 sind zur Positionserkennung nach dem Hall-Effekt oder nach dem magnetoresistiven Effekt ausgelegt. Dabei erfolgt die magnetische Teilung der Magnetbänder 46, 68 durch die Anordnung von magnetischen Dipolen in einer bestimmten Teilungsperiode im Bereich von unter einem µm, so dass eine translatorische Verlagerung der Magnetbänder 46, 68 gegenüber den Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 von diesen detektiert werden kann. Dabei kann einerseits die Richtung der Verlagerung (Vorzeichen) und andererseits die Entfernung der Verlagerung (Betrag) detektiert werden.
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Aus der jeweils detektierten Verlagerung kann dann auf die wirkenden Kräfte und Momente rückgeschlossen werden. Hierzu ist eine in 6 gezeigte Auswerteeinrichtung 78 vorgesehen, die zur Berechnung der wirkenden Kräfte und Momente aus den gemessenen Werten für die translatorische Verlagerung der Sensorabschnitte 44, 66 ausgelegt ist und ebenfalls auf der Platine 77 angeordnet ist. Die Umrechnung der detektierten Werte der Verlagerung der Sensorabschnitte 44, 66 bzw. der Magnetbänder 46, 68 gegenüber den Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76 erfolgt durch eine 6×6-Matrix, die nicht Gegenstand der Erfindung ist und daher an dieser Stelle nicht weiter diskutiert wird.
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Um eine besonders einfache, leichte und kostengünstige Herstellung des Kraft-Momenten-Sensors 10 zu ermöglichen, sind der Grundkörper 14, der Flanschkörper 18, die Verformungskörper 16, die Ansteuerabschnitte 26 und die Hebelabschnitte 28, 30 einstückig mittels eines generativen Fertigungsverfahrens aus Polyamid hergestellt.
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Durch die Bewegungskopplung der Ansteuerabschnitte 26 bzw. des Flanschkörpers 18 mit den Hebelabschnitten 28, 30 kann eine vergleichsweise kleine Verlagerung des Flanschkörpers 18 bzw. der Ansteuerabschnitte 26 durch die Hebelwirkung in eine vergleichsweise große Verlagerung der Sensorabschnitte 44, 66 bzw. der Magnetbänder 46, 68 umgewandelt werden. Somit kann auch bei Verwendung der kostengünstigen linearen Magnetencoder als Vorrichtungen zur Positionserkennung 74, 76, deren Messprinzip auf dem Hall-Effekt beruht, eine zuverlässige Messung der wirkenden Kräfte in Richtung von drei Achsen und der um die drei Achsen wirkenden Momente ermöglicht werden, wobei der Kraft-Momenten-Sensor 10 insgesamt sehr kostengünstig herstellbar ist.
