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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Querkraft-unempfindliche Messzelle.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Unter den Begriff der „Messzelle“ fallen gleichermaßen Wägezellen, Kraftaufnehmer und Kraftmesszellen, wie sie insbesondere zum Aufbau von Wägevorrichtungen genutzt werden. Die Messelemente vorbekannter Messzellen büßen wesentlich an Genauigkeit ein, wenn zusätzlich zu der zu messenden Kraft in Richtung der Messachse weitere Kräfte senkrecht zur Messachse (im Folgenden Querkräfte genannt) auftreten. Es gibt zwar bekannte Typen z.B. in Form von Stäben mit rechteckigem Querschnitt, die hohe Querkräfte (mehr als die Nennlast) schadlos ertragen, aber auch deren Messgenauigkeit leidet bereits bei kleinen Querkräften.
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Aus der
DE 38 12 860 A1 ist eine Ringtorsions-Kraftmessvorrichtung bekannt, die eine möglichst geringe Gesamtbauhöhe aufweist, indem ein Krafteinleitungsbereich, ein Verformungsteil und ein Auflageabschnitt horizontal nebeneinander angeordnet sind.
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In der
EP 0 465 881 A2 ist eine Messzelle gezeigt, die einen über Ringstege konzentrisch zwischen einem Ringgehäuse und einem Krafteinleitungsbereich angeordneten Sensorring aufweist.
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Aus der
EP 1 181 514 B1 ist eine Plattenfeder für eine Messzelle bekannt, die geeignet ist, Querkräfte in einem gewissen Maß zu kompensieren. Es ist jedoch erstrebenswert, diese Messzelle weiter zu verbessern.
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BESCHREIBUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messzelle bereitzustellen, welche noch unempfindlicher gegen Querkräfte ist, als bekannte Messzellen.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Messzelle bereitgestellt, welche einen Krafteinleitungsbereich, einen als Auflage auf einem Träger eingerichteten (bspw. kreiszylindrischen) Auflageabschnitt und eine Membran umfasst. Die Messzelle oder die Membran werden teilweise auch als rotationssymmetrische Plattenfeder bezeichnet. Die Membran ist zwischen dem Krafteinleitungsbereich und dem Auflageabschnitt angeordnet. Die Membran liegt in einer Ebene die senkrecht zur axialen Krafteinleitungsrichtung bzw. senkrecht zur Messachse liegt. Die Membran ist unter Krafteinleitung deformierbar und vorteilhaft umlaufend und rotationssymmetrisch bezüglich der Messachse. Die axiale Krafteinleitungsrichtung entspricht im vorliegenden Kontext der Messachse der Messzelle. Der Krafteinleitungsbereich umfasst vorteilhaft eine Krafteinleitungsfläche, die in axialer Krafteinleitungsrichtung zwischen der höchsten Erhebung der Membran und der niedrigsten Erstreckung der Membran liegt. Die Messzelle umfasst außerdem einen um die Membran umlaufenden zweiten Stabilisierungsring, wobei ein Kompensationssteg zwischen dem zweiten Stabilisierungsring und dem Auflageabschnitt angeordnet ist. Der Kompensationssteg erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht und in axialer Krafteinleitungsrichtung (in Richtung der Messachse) zwischen dem zweiten Stabilisierungsring und dem Auflageabschnitt, wobei der Kompensationssteg als umlaufende Biegefeder (Blattfeder) ausgeführt ist. Mit anderen Worten liegt die Krafteinleitungsfläche oder auch der Krafteinleitungspunkt nicht wesentlich oberhalb oder unterhalb der Membran. Hierdurch wird bereits eine bessere Kompensation von Querkräften gewährleistet, die nicht in axialer Krafteinleitungsrichtung, also nicht genau auf der Messachse der Messzelle liegen. Der zweite Stabilisierungsring bewirkt dabei eine weitere Entkopplung. Der erste Stabilisierungsring und der zweite Stabilisierungsring können dabei in axialer Krafteinleitungsrichtung deutlich stärker/dicker als die Membran sein. Der Kompensationssteg bewirkt ebenfalls eine zusätzliche Entkopplung. Durch die Anordnung des Kompensationsstegs wird die räumliche Ausdehnung (maximaler Durchmesser) der Messzelle klein gehalten. Der Kompensationssteg kann vorteilhaft wenigstens eine Krümmung aufweisen. Insbesondere kann die Krümmung einen oder mehrere Bereiche mit konstanten Krümmungsradien aufweisen, wodurch die Fertigung erleichtert wird.
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Die Krafteinleitungsfläche kann grundsätzlich gekrümmt sein, ist jedoch vorzugsweise eben. Je nach körperlicher Ausgestaltung der Krafteinleitung kann auch von einem Krafteinleitungspunkt statt von einer Fläche gesprochen werden.
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Die Messzelle umfasst generell einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen. Allgemein kann bezüglich der Lage der Dehnungsmessstreifen von der Ebene gesprochen werden, auf der der oder die (alle) Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Auch diese Ebene steht senkrecht zur axialen Krafteinleitungsrichtung bzw. senkrecht zur Messachse. Je nach Ausführung kann ein Dehnungsmessstreifen, oder es kann eine Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen, in dieser Ebene an der Membran angeordnet sein. Typischerweise sind die Dehnungsmessstreifen in der Ebene gleichmäßig um die Messachse herum verteilt. Eine Verformung der Membran erzeugt somit eine Dehnung der Dehnungsmessstreifen, woraus die Größe der eingeleiteten Kraft, wie allgemein bekannt, ermittelt wird.
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Die Krafteinleitungsfläche (ggf. Punkt der Krafteinleitung) kann in axialer Krafteinleitungsrichtung im Wesentlichen auf einem Niveau mit einer Ebene mindestens eines, vorteilhaft aller, an der Membran angeordneten Dehnungsmessstreifen(s) liegen.
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Die Krafteinleitungsfläche (ggf. tiefster Punkt der Krafteinleitungsfläche) kann in axialer Krafteinleitungsrichtung vorteilhaft aber auch oberhalb der Ebene mindestens eines, vorteilhaft aller, an der Membran angeordneten Dehnungsmessstreifen(s), jedoch unterhalb der höchsten Erhebung der Membran liegen. Da im Bereich der Membran das Material typischerweise partiell verdünnt ist, ergibt sich hieraus, dass die Membran in einem oder mehreren Bereichen dicker ist als in anderen. Dieser Bereich der größten Stärke bzw. höchsten Dicke ist der Bereich der höchsten Erhebung. Die Krafteinleitungsfläche bzw. der Krafteinleitungspunkt liegt dann innerhalb des Bereichs der größten Dicke/Stärke der Membran und zumindest geringfügig oberhalb der Ebene des oder der Dehnungsmessstreifen.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Membran mindestens eine erste Nut und/oder eine zweite Nut umfassen. Durch diese eine oder zwei Nuten wird das Material verdünnt und damit die Verformbarkeit erzielt. Wenn eine erste und zweite Nut vorgesehen sind, kann die Membran einfach gefertigt werden. Die Nuten sind, wie die Membran, vorzugsweise rotationssymmetrisch, konzentrisch und liegen in einer zur axialen Krafteinleitungsrichtung senkrechten Ebene. Bei zwei Nuten, kann der Bereich der größten Erhebung bzw. der größten Stärke der Membran zwischen den beiden Nuten liegen.
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Die erste Nut und die zweite Nut können gleiche (Innen-)Radien aufweisen. Auch dies vereinfacht die Fertigung.
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Die erste Nut und die zweite Nut können auf einer dem mindestens einen (aller) Dehnungsmessstreifen gegenüberliegenden Seite der Membran angeordnet sein. Dadurch bleibt die Ebene/Fläche der Dehnungsmessstreifen flach bzw. eben, was wiederum die Fertigung vereinfacht.
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Die Messzelle kann vorteilhaft eine (dritte) Nut umfassen, die im Krafteinleitungsbereich angeordnet ist. Diese (dritte) Nut kann zwischen der Membran und der Krafteinleitungsfläche liegen. Diese (dritte) Nut bewirkt eine weitere Verbesserung der Kompensation von Querkräften und entkoppelt den Krafteinleitungsbereich zusätzlich von der Membran. Diese (dritte) Nut kann auf der Seite der Membran liegen, auf welcher auch der mindestens eine Dehnungsmessstreifen angeordnet ist. Die dritte Nut kann einen (Innen-)Radius aufweisen, der gleich ist, wie die (Innen-)Radien der ersten und zweiten Nut. Auch dies vereinfacht die Fertigung.
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Der Krafteinleitungsbereich kann als Vertiefung, insbesondere als Sackloch, ausgebildet sein. Die Vertiefung bzw. das Sackloch ist vorteilhaft von einem ersten Stabilisierungsring umgeben.
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Die Messzelle kann ein Kopplungs- bzw. Befestigungsmittel, insbesondere in Form einer weiteren Nut und eines korrespondierenden Sprengrings, zur Kopplung eines Lastpins an den Krafteinleitungsbereich umfassen. Diese Nut und ggf. der Sprengring können vorteilhaft in der Vertiefung, bzw. dem Sackloch des Krafteinleitungsbereiches angeordnet sein. Der Lastpin kann einen vergrößerten Kopf aufweisen und einen bezüglich des Kopfes schmaleren Schaft. Die Nut und der Sprengring können dann so ausgestaltet sein, dass der Kopf des Lastpins nicht mehr aus dem Sackloch gezogen werden kann, wenn der Sprengring eingesetzt ist. Hierdurch kann ein Ablösen des Lastpins von der Messzelle verhindert werden, was die Aufnahme von Abhebekräften ermöglicht.
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Die Messzelle ist besonders vorteilhaft aus Stahl des Typs 1.4418 nach DIN EN 10088-3 bzw. X4CrNiMo16-5-1 nach DIN EN 10272 gefertigt. Dieser Stahl zeichnet sich durch gute mechanische Hystereseeigenschaften aus. Die Messzelle ist insbesondere vorteilhaft einstückig oder überwiegend einstückig aus dem vorgenannten Material gefertigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden werden die Merkmale und Aspekte der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- - 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Messzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- - 2 eine seitliche Ansicht der Messzelle gemäß 1,
- - 3 eine Draufsicht auf die Messzelle gemäß 1 und 2 und
- - 4 eine Schnittansicht der Messzelle gemäß der 1 bis 3 entlang der Schnittlinie A-A gemäß 3.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Messzelle 1 (auch Wägezelle) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messzelle 1 umfasst generell einen Krafteinleitungsbereich 2 der im vorliegenden Fall in Form eines Sackloches 5 im Zentrum der Messzelle 1 vorliegt, der von einem ersten Stabilisierungsring 15 umgeben ist. Am Ende des Sackloches 5 befindet sich eine Krafteinleitungsfläche 3. Auf diese Krafteinleitungsfläche 3 wird im Anwendungsfall ein, beispielsweise konvex geformter, Bolzenkopf bzw. Lastpin aufgebracht (nicht gezeigt), der die entsprechende Kraft in die Messzelle 1 einleitet. Die Messzelle 1 umfasst ferner eine umlaufende Membran 6, die auch als Kreisplattenfeder oder rotationssymmetrische Plattenfeder bezeichnet wird. Im Bereich der Membran 6 ist die Materialstärke partiell reduziert, wie später noch im Detail beschrieben wird. Um die Membran 6 bzw. die Kreisplattenfeder herum befindet sich ein zweiter Stabilisierungsring 7 (auch Kompensationsring). Der zweite Stabilisierungsring 7 ist wiederum mit dem Auflageabschnitt 9 über einen Kompensationssteg 8 verbunden, der ebenfalls als Feder, bzw. Blattfeder ausgebildet ist.
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2 ist eine Seitenansicht der Messzelle 1 gemäß 1. In dieser seitlichen Perspektive ist wiederum der zweite Stabilisierungsring 7, der Kompensationssteg 8 (bzw. die Kompensationsfeder), der Auflageabschnitt 9, eine Auflagefläche 10 des Auflageabschnitts 9 und ein Außenradius 11 der Auflagefläche 10 zu sehen.
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Ferner ist hier eine Kraft F eingezeichnet, die eine axiale Komponente FAX und eine Querkraftkomponente FQ aufweisen kann. Die axiale Komponente liegt in der axialen Krafteinleitungsrichtung AX bzw. auf der Messachse der Messzelle 1. Die Querkraftkomponente bezeichnet laterale oder auch radial Kräfte, die durch die vorliegende Erfindung optimal kompensiert werden sollen.
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3 ist eine Draufsicht auf die Messzelle 1 gemäß 1 und 2. Hier ist nun von oben nochmals die Krafteinleitungsfläche 3 im Inneren des Sackloches 5 innerhalb des Krafteinleitungsbereichs 2 zu erkennen. Ferner ist auch die umlaufende, insbesondere rotationssymmetrische Membran 6 angedeutet, sowie der erste Stabilisierungsring 15 und der zweite Stabilisierungsring 7 und der Auflageabschnitt 9. Die weiteren Details werden anhand der Schnittdarstellung entlang A-A gemäß 4 erläutert.
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4 ist eine Schnittansicht der Messzelle 1 gemäß der 1 bis 3 entlang der Schnittlinie A-A gemäß 3. Die Messzelle 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel den Krafteinleitungsbereich 2, den als Auflage auf einem Träger eingerichteten (bspw. kreiszylindrischen) Auflageabschnitt 9 und die Membran 6. Die Membran 6 ist zwischen dem Krafteinleitungsbereich 2 und dem Auflageabschnitt 9 angeordnet. Die Membran 6 liegt in einer Ebene die senkrecht zur axialen Krafteinleitungsrichtung AX bzw. senkrecht zur Messachse liegt. Die Membran 6 ist unter Krafteinleitung deformierbar. Die Membran ist umlaufend und rotationssymmetrisch bezüglich der Messachse AX. Der Krafteinleitungsbereich 2 umfasst eine Krafteinleitungsfläche 3, die in axialer Krafteinleitungsrichtung AX zwischen der höchsten Erhebung 61 der Membran 6 und der niedrigsten Erstreckung 17 der Membran 6 liegt. Die Krafteinleitungsfläche 3 liegt in axialer Krafteinleitungsrichtung AX im Wesentlichen auf einem Niveau mit der Membran 6. Mit anderen Worten liegt die Krafteinleitungsfläche 3 oder ggf. auch der Krafteinleitungspunkt nicht wesentlich oberhalb oder unterhalb der Membran 6. Hierdurch wird eine bessere Kompensation von Querkräften FQ gewährleistet, die nicht in axialer Krafteinleitungsrichtung AX, also nicht genau auf der Messachse der Messzelle 1 liegen.
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Die Krafteinleitungsfläche 3 kann gekrümmt oder auch eben ausgebildet sein. Falls die Krafteinleitungsfläche gekrümmt ist, kann die Krafteinleitungsfläche 3 konvex (d.h. in der Mitte höher, als am Rand) oder konkav (d.h. in der Mitte vertieft) sein. Bei konvexer Krafteinleitungsfläche 3 kann ein zugehöriger Lastpin ein ebenes Druckstück aufweisen. Bei konkaver Krafteinleitungsfläche 3 kann ein zugehöriger Lastpin mit einem balligen Druckstück verwendet werden, wobei das ballige Druckstück im Verhältnis zu der konkaven Krafteinleitungsfläche 3 einen kleineren Radius, bzw. eine stärkere Krümmung, aufweist. Je nach körperlicher Ausgestaltung der Krafteinleitung kann deshalb auch von einem Krafteinleitungspunkt statt von einer Fläche gesprochen werden.
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Die Messzelle umfasst generell einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen 12, 13. Allgemein kann bezüglich der Lage der Dehnungsmessstreifen 12, 13 von der Ebene gesprochen werden, auf der der oder die (alle) Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Auch diese Ebene steht senkrecht zur axialen Krafteinleitungsrichtung bzw. senkrecht zur Messachse. Je nach Ausführung kann ein Dehnungsmessstreifen 12, 13 oder es kann eine Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen in dieser Ebene an der Membran 6 angeordnet sein. Typischerweise sind die Dehnungsmessstreifen 12, 13 in der Ebene senkrecht zur Messachse AX und gleichmäßig um die Messachse AX herum verteilt. Eine Verformung der Membran 6 erzeugt somit eine Dehnung der Dehnungsmessstreifen 12, 13, woraus die Größe der eingeleiteten Kraft FAX, wie allgemein bekannt, ermittelt wird. Entsprechend ist ein Anschlusskanal 14 vorgesehen, durch den elektrische Leitungen in das Innere der Messzelle 1 gelegt werden können, um die Dehnungsmessstreifen 12, 13 zu kontaktieren.
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Für eine Messung an geeigneten Stellen müssen die Dehnungen und Stauchungen im Bereich der Membran 6 groß genug sein, um mit Dehnungsmessstreifen 12, 13 gemessen werden zu können, wobei die Dehnungsmessstreifen 12, 13 hierzu ein ausreichend großes Messsignal liefern müssen. Dies wird zunächst durch die Ausgestaltung der beiden Nuten N1 und N2 erreicht, die nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird. Ferner müssen die entsprechenden Verformungen der Membran 6 an ausreichend vielen Stellen entlang des Umfanges verteilt gemessen werden, weil Querkräfte bewirken, dass diese Verformungen lokal unterschiedlich sind. Vorteilhaft können hierzu beispielsweise sechs Dehnungsmessstreifen eingesetzt werden. Es wäre aber auch möglich einen einzigen umlaufenden Dehnungsmessstreifen einzusetzen. Je nach Ausgestaltung kann ein umlaufender Dehnungsmessstreifen entlang der Membran 6 gewählt werden, oder es können mehrere einzelne Dehnungsmessstreifen 12, 13 vorliegen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können es sechs Dehnungsmessstreifen sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Krafteinleitungsfläche 3 (ggf. tiefster Punkt der Krafteinleitungsfläche) in axialer Krafteinleitungsrichtung AX vorteilhaft oberhalb der an der Membran angeordneten Dehnungsmessstreifen 12, 13, jedoch unterhalb der höchsten Erhebung 61 der Membran 6. Da im Bereich der Membran das Material typischerweise partiell verdünnt ist, ergibt sich hieraus, dass die Membran 6 in einem oder mehreren Bereichen dicker ist als in anderen. Dieser Bereich der höchsten Stärke bzw. größten Dicke ist der Bereich der höchsten Erhebung 61. Die Krafteinleitungsfläche 3 bzw. der Krafteinleitungspunkt liegt dann in axialer Richtung AX innerhalb des Bereichs der größten Dicke/Stärke der Membran 6 und zumindest geringfügig oberhalb der Ebene des oder der Dehnungsmessstreifen 12, 13.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) könnte die Krafteinleitungsfläche 3 (ggf. Punkt der Krafteinleitung) in axialer Krafteinleitungsrichtung AX im Wesentlichen auf einem Niveau mit einer Ebene mindestens eines, vorteilhaft aller, an der Membran angeordneten Dehnungsmessstreifen(s) 12, 13 liegen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Membran 6 eine erste Nut N1 und eine zweite Nut N2. Durch diese beiden Nuten N1, N2 wird das Material verdünnt und damit die Verformbarkeit erzielt. Die Nuten N1, N2 sind, wie die Membran 6, vorzugsweise rotationssymmetrisch, konzentrisch und liegen in einer zur axialen Krafteinleitungsrichtung AX senkrechten Ebene. Bei zwei Nuten N1, N2, wie im vorliegenden Fall, liegt der Bereich der größten Erhebung 61 bzw. der größten Stärke X1 der Membran 6 zwischen den beiden Nuten N1, N2. Mit anderen Worten kann auch die Materialstärke der Membran 6 generell als X1 bezeichnet werden, die partiell durch die Nuten N1, N2 verdünnt wird.
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Im vorliegenden Beispiel haben die erste Nut N1 und die zweite Nut N2 außerdem gleiche (Innen-)Radien R1, R2 (R1=R2). Zudem sind die Nuten N1, N2 halbtorusförmig bzw. in der Schnittdarrstellung halbkreisförmig. Halbtorusförmige Nuten N1, N2 vereinfachen die Fertigung, sind jedoch nicht notwendig. Insbesondere können die Radien R1 und R2 unterschiedlich ausgebildet sein. Auch können die Nuten N1, N2 eine andere als die halbtorusförmige Form aufweisen.
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Die erste Nut N1 und die zweite Nut N2 sind auf einer den Dehnungsmessstreifen 12, 13 gegenüberliegenden Seite der Membran 6 angeordnet.
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Die Messzelle 1 weist vorteilhaft eine (dritte) Nut N3 auf, die im Krafteinleitungsbereich angeordnet ist. Diese (dritte) Nut N3 liegt zwischen der Membran 6 und der Krafteinleitungsfläche 3. Die (dritte) Nut N3 bewirkt eine weitere Verbesserung der Kompensation von Querkräften und entkoppelt den Krafteinleitungsbereich 2 zusätzlich von der Membran 6. Die (dritte) Nut N3 liegt auf der Seite der Membran, auf der die Dehnungsmessstreifen 12, 13 angeordnet sind, bzw. wird von der Seite der Dehnungsmessstreifen 12, 13 her in das Material eingebracht. Die dritte Nut N3 hat einen (Innen-)Radius R3, der im dargestellten Ausführungsbeispiel gleich ist, wie die (Innen-)Radien R1, R2 der ersten und zweiten Nut N1, N2. Durch die gleichen Radien R1, R2, R3 kann die Fertigung vereinfacht werden. Die drei Nuten N1, N2, N3 können auch jeweils unterschiedliche Querschnitte bzw. Geometrien aufweisen. Allerdings ist die (dritte) Nut N3, tiefer als die erste und die zweite Nut N1, N2. Insbesondere für kleine Nennlasten kann N3 entfallen.
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Der Krafteinleitungsbereich 2 weist ein Sackloch 5 auf. Das Sackloch 5 ist von dem ersten Stabilisierungsring 15 umgeben.
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Die Messzelle 1 umfasst einen um die Membran 6 umlaufenden zweiten Stabilisierungsring 7. Der zweite Stabilisierungsring 7 bewirkt eine weitere Entkopplung.
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Der erste Stabilisierungsring 15 und der zweite Stabilisierungsring 7 sind in axialer Krafteinleitungsrichtung AX deutlich stärker/dicker als die Membran 6. Der erste Stabilisierungsring weist zwischen dem Sackloch 5 und der (dritten) Nut N3 eine Stärke X2 auf. Unterhalb des Sacklochs 5, also zwischen der Krafteinleitungsfläche 3 und dem Auflageabschnitt 9, ist die Stärke mindestens X3. Die Stärke des zweiten Stabilisierungsringes 7 ist X4. Es gilt: X2, X3, X4 >> X1, d.h. die Stärken der Stabilisierungsringe X2, X3, X4 sind generell deutlich größer als die Stärke X1 der Membran 6 (alle in axialer Richtung AX). X2 kann dabei größer, gleich oder kleiner als X4 sein, dies ist hauptsächlich abhängig von Fertigungs-Gesichtspunkten, während die Dimension X3 im Wesentlichen von der Nennlast abhängt.
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Die Messzelle 1 weist einen Kompensationssteg 8 auf, der zwischen dem zweiten Stabilisierungsring 7 und dem Auflageabschnitt 9 angeordnet ist. Ferner ist die Stärke X5 des Kompensationsstegs 8 vorzugsweise kleiner als die Stärke X1 der Membran 6. Der Kompensationssteg 8 bewirkt, dass der Einfluss der umlaufenden Auflagefläche 10 des Auflageabschnitts 9 auf die Membran 6, an der die eigentliche Messung stattfindet, reduziert wird. Der Kompensationssteg 8 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht, also in axialer Krafteinleitungsrichtung AX (bzw. in Richtung der Messachse) zwischen dem zweiten Stabilisierungsring 7 und dem Auflageabschnitt 9. Hierdurch wird die räumliche Ausdehnung (maximaler Durchmesser) der Messzelle 1 klein gehalten. Der Kompensationssteg 8 kann auch einfach als weitestgehend senkrecht stehende gekrümmte Feder bezeichnet werden. Diese verläuft außen um die Messzelle 1 herum, und zwar unterhalb des Stabilisierungsrings 7 (bzw. unterhalb des äußeren Stabilisierungsringes). Dies verhindert auch ein Kippen des Auflageabschnitts 9 unter Last.
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Der Kompensationssteg 8 ist als umlaufende Biegefeder (Blattfeder) ausgeführt. Der Kompensationssteg weist im Querschnitt im Wesentlichen eine Krümmung KR auf. Der Kompensationssteg 8 weist außerdem gegenüber dem Stabilisierungsring 7 und dem Auflageabschnitt 9 eine deutlich reduzierte Materialstärke auf. All dies wird durch die Radien R6, R4 und R5 erreicht. Der Querschnitt des Kompensationssteges 8 verläuft vom Auflageabschnitt 9 aus gesehen zunächst in radialer Richtung nach außen, um dann in einer Krümmung KR für ein kurzes Stück radial nach innen zu verlaufen, bis er in den Stabilisierungsring 7 mündet. Die Anschlussbereiche des Kompensationssteges 8 am Auflageabschnitt 9 und am zweiten Stabilisierungsring 7 liegen in axialer Richtung AX weitestgehend übereinander
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Die Messzelle 1 hat zudem ein Kopplungs- bzw. Befestigungsmittel 4 in Form einer (fünften) Nut N5 und eines korrespondierenden Sprengrings (nicht gezeigt), zur Kopplung eines Lastpins (nicht gezeigt) an den Krafteinleitungsbereich 2. Diese (fünfte) Nut N5 und ggf. der Sprengring sind in dem Sackloch 5 des Krafteinleitungsbereiches 2 angeordnet. Der Lastpin kann einen vergrößerten Kopf aufweisen und einen bezüglich des Kopfes schmaleren Schaft. Die (fünfte) Nut N5 und der Sprengring können so ausgestaltet sein, dass der Kopf des Lastpins nicht mehr aus dem Sackloch 5 gezogen werden kann, wenn der Sprengring in die (fünfte) Nut N5 eingesetzt ist. Dies bewirkt, dass eine sehr große Kraft erforderlich ist, um den Lastpin aus dem Sackloch 5 heraus zu ziehen, weil dazu der Sprengring und/oder der erste Stabilisierungsring 15 zerstört werden müssten. Diese Kraft kann weit größer sein als die Nennlast der Messzelle 1 und daher als Abhebesicherung genutzt werden. Durch diese Ausgestaltung bleibt die Möglichkeit erhalten, dass sich die obere Fläche relativ zur unteren Fläche schräg stellt, was in der Realität aufgrund von Biegungen der Rahmen, Behälter und Konstruktionen immer der Fall ist, ohne dass dadurch zusätzliche Kräfte auf die Messzelle 1 entstehen.
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Der hier nicht dargestellte Lastpin bzw. Bolzen leitet die Kraft gegebenenfalls mit einem Kugelradius sehr lokal in das Sackloch 5 bzw. die Krafteileitungsfläche 3 ein. Bei nicht allzu kleinen Nennlasten verformt sich dann auch der Innenbereich um das Sackloch 5 herum. Die Verformung wird unsymmetrisch, wenn zusätzlich eine Querkraft FQ vorhanden ist. Dies kann auch der zweite Stabilisierungsring 15 um das Sackloch 5 herum nicht völlig verhindern. Die umlaufende (dritte) Nut N3 sorgt nun vorteilhaft für eine Entkopplung der inneren Lasteinleitung im Lasteinleitungsabschnitt 2 von der Membran 6. Die (dritte) Nut N3 hat vorteilhaft ein Ende, das höher liegt als die Krafteinleitungsfläche 3 des Sackloches 5 für den Lastpin. Für kleine Nennlasten kann N3 entfallen.
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Im Sackloch 5 kann eine (vierte) Nut N4 vorgesehen sein, welche die Bewegungsfreiheit des Lastpins erhöht.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des Krafteinleitungsabschnitts 15 gegenüber der Oberfläche des Stabilisierungsrings 7 in axialer Richtung AX um eine Distanz D1 herunter gesetzt. Die Öffnung bzw. Bohrung weist ein Gewinde 16 auf, das zur Kopplung der Messzelle 1 an weitere Komponenten dient.
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Die Messzelle ist vorteilhaft aus einem korrosionsfreien bzw. nichtrostendem Stahl gefertigt. Der Stahl der Messzelle ist vorzugsweise wie folgt zusammengesetzt:
- Mindestens: C:- ; Si:- ; Mn:- ; P:- ; S:- ; Cr: 15,0%; Mo: 0,8%; Ni: 4,0%; N: 0,02%; Fe: Rest
- Maximal: C: 0,06%; Si:0,7%; Mn: 1,5%; P:0,04%; S:0,03%; Cr:17,0%; Mo: 1,5%; Ni: 6,0%; N: -
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Stahl des Typs 1.4418 nach DIN EN 10088-3 bzw. X4CrNiMo16-5-1 nach DIN EN 10272. Die Messzelle ist insbesondere vorteilhaft einstückig oder überwiegend einstückig aus dem vorgenannten Material gefertigt.
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Der genannte Stahl insbesondere der Stahl des Typs 1.4418 verbindet sehr gute mechanische Eigenschaften (z.B. Verschleißfestigkeit) mit guter Schweißbarkeit und einer gegenüber den martensitischen Werkstoffen erhöhten Korrosionsbeständigkeit.
