DE102020126521A1

DE102020126521A1 - Load cell with improved linearity

Info

Publication number: DE102020126521A1
Application number: DE102020126521.2A
Authority: DE
Inventors: Manuel Seiwald; Klaus Vayhinger-Dopatka
Original assignee: Minebea Intec GmbH
Current assignee: Minebea Intec GmbH
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Wägezelle (1) mit einem Wägezellenkörper (2), umfassend einen Kopf (3), einen Rumpf (4) und einen Fuß (5), wobei der Rumpf (4) zwei gegenüberliegende Vertiefungen (10) aufweist und zwischen den zwei Vertiefungen (10) ein Steg (11) vorhanden ist und innerhalb der Vertiefungen (10) mindestens vier Messgitter (12, 13, 14) auf dem Steg (11) angeordnet sind, wobei mindestens zwei erste Messgitter (13) an dem Steg (11) gegenüberliegend angeordnet sind und die auf die Wägezelle (1) wirkenden Dehnungen und/oder Stauchungen in Längsrichtung messen und die mindestens zwei zweite Messgitter (14) an dem Steg (11) gegenüberliegend angeordnet sind und die auf die Wägezelle (1) wirkenden Dehnungen und/oder Stauchungen in Querrichtung messen, wobei die ersten Messgitter (13) und die zweiten Messgitter (14) zu einer Wheatstoneschen Messbrücke verschaltet sind, so dass auf jeder Seite des Stegs (11) eine Halbbrücke angeordnet ist und die beiden Halbbrücken zu einer Vollbrücke verschaltet sind, wobei eine Krafteinleitung in vertikaler Richtung von dem Kopf (3) zu dem Fuß (5) erfolgt, wobei zwei Durchgangsbohrungen (17) in dem Steg (11) vorhanden sind, und die ersten Messgitter (13) näher an den Durchgangsbohrungen (17) angeordnet sind als die zweiten Messgitter.Load cell (1) with a load cell body (2) comprising a head (3), a body (4) and a foot (5), wherein the body (4) has two opposing indentations (10) and between the two indentations (10 ) a web (11) is present and at least four measuring grids (12, 13, 14) are arranged on the web (11) within the depressions (10), with at least two first measuring grids (13) being arranged opposite one another on the web (11). and measure the expansion and/or compression acting on the load cell (1) in the longitudinal direction and the at least two second measuring grids (14) are arranged opposite one another on the web (11) and the expansion and/or compression acting on the load cell (1). measure in the transverse direction, with the first measuring grid (13) and the second measuring grid (14) being connected to form a Wheatstone measuring bridge, so that a half bridge is arranged on each side of the web (11) and the two half bridges are connected to form a full bridge, with a e Force is introduced in the vertical direction from the head (3) to the foot (5), with two through-holes (17) being present in the web (11) and the first measuring grid (13) being arranged closer to the through-holes (17). than the second measuring grid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wägezelle mit einem Wägezellenkörper, umfassend einen Kopf, einen Rumpf und einen Fuß, wobei der Rumpf zwei gegenüberliegende Vertiefungen aufweist und zwischen den zwei Vertiefungen ein Steg vorhanden ist und innerhalb der Vertiefungen mindestens vier Messgitter auf dem Steg angeordnet sind, wobei mindestens zwei erste Messgitter an dem Steg gegenüberliegend angeordnet sind und die auf die Wägezelle wirkenden Dehnungen und/oder Stauchungen in Längsrichtung messen und die mindestens zwei zweite Messgitter an dem Steg gegenüberliegend angeordnet sind und die auf die Wägezelle wirkenden Dehnungen und/oder Stauchungen in Querrichtung messen, wobei die ersten Messgitter und die zweiten Messgitter zu einer Wheatstoneschen Messbrücke verschaltet sind, so dass auf jeder Seite des Stegs eine Halbbrücke angeordnet ist und die beiden Halbbrücken zu einer Vollbrücke verschaltet sind, wobei eine Krafteinleitung in vertikaler Richtung von dem Kopf zu dem Fuß erfolgt.The invention relates to a load cell with a load cell body, comprising a head, a torso and a foot, the torso having two opposing indentations and a web being present between the two indentations and at least four measuring grids being arranged on the web within the indentations, with at least two first measuring grids are arranged opposite one another on the web and measure the expansions and/or compressions acting on the load cell in the longitudinal direction, and the at least two second measuring grids are arranged opposite one another on the web and measure the expansions and/or compressions acting on the load cell in the transverse direction, wherein the first measuring grid and the second measuring grid are connected to form a Wheatstone measuring bridge, so that a half bridge is arranged on each side of the web and the two half bridges are connected to form a full bridge, with force being introduced in the vertical direction from the head to the foot.

Wägezellen, zum Beispiel Stauchstabwägezellen für den Einsatz in Straßenfahrzeugwagen, bestehen in der Regel aus einem mit Dehnungsmessstreifen beklebten Messelement, welches im Folgenden als Wägezellenkörper bezeichnet wird.Load cells, for example compression beam load cells for use in road vehicles, usually consist of a measuring element covered with strain gauges, which is referred to below as the load cell body.

Der Wägezellenkörper ist aus einem hochfesten metallischen Werkstoff, in der Regel aus Stahl, insbesondere aus einem Stahl mit der Bezeichnung 1.4542, 1.4545 oder 1.4548, gefertigt und umfasst einen Kopf, einen Fuß und einen dazwischen angeordneten Rumpf. Auf der Oberfläche des Wägezellenkörpers werden an einer geeigneten Stelle, meist an dem im Wesentlichen zylinderförmigen Rumpf, Dehnungsmessstreifen angeordnet. Diese Dehnungsmessstreifen, in der Regel Konstantan- oder Karmadehnungsmessstreifen, sind üblicherweise elektrisch als Wheatstone-Vollbrücke beschaltet.The load cell body is made of a high-strength metallic material, usually steel, in particular steel with the designation 1.4542, 1.4545 or 1.4548, and includes a head, a foot and a body arranged between them. Strain gauges are arranged on the surface of the load cell body at a suitable point, usually on the essentially cylindrical body. These strain gauges, usually constantan or karma strain gauges, are usually wired electrically as a full Wheatstone bridge.

Zum Schutz der Dehnungsmessstreifen vor Wasser bzw. Feuchtigkeit oder vor Schmutz kann um den Wägezellenkörper ein separates Gehäuse angeordnet sein. An diesem Gehäuse kann ferner eine Abgleichkammer angebracht sein, in welcher sich eine Elektronik zum elektrischen Abgleich der Wägezelle, zum Beispiel zum Festlegen des Nullpunktes, des Kennwertes, des Temperaturverhaltens etc., und gegebenenfalls eine Signalverarbeitungseinrichtung befindet. Diese Abgleichkammer dient ebenfalls zum Schutz der elektronischen Bauteile vor Feuchtigkeit und Schmutz. Alternativ können die elektronischen Bauteile im Inneren des Gehäuses untergebracht sein.A separate housing can be arranged around the load cell body to protect the strain gauges from water or moisture or from dirt. An adjustment chamber can also be attached to this housing, in which there is electronics for the electrical adjustment of the load cell, for example for determining the zero point, the characteristic value, the temperature behavior etc., and optionally a signal processing device. This adjustment chamber is also used to protect the electronic components from moisture and dirt. Alternatively, the electronic components can be accommodated inside the housing.

Um eine gezielte Lasteinleitung von den Endflächen des Kopfes und des Fußes in den Rumpf, insbesondere in Richtung eines Steges bzw. einer Membran, zu erreichen, sind um die Längsachse des Wägezellenkörpers rotationssymmetrisch verlaufende Einstiche vorgesehen, durch die jeweils der Kopf vom Rumpf und der Rumpf vom Fuß abgesetzt ist.In order to achieve a targeted load introduction from the end faces of the head and the foot into the torso, in particular in the direction of a web or a membrane, punctures running rotationally symmetrically around the longitudinal axis of the load cell body are provided, through which the head from the torso and the torso is removed from the foot.

Problematisch bei diesen Wägezellen ist, dass um Material zu sparen der Außendurchmesser der Wägezelle immer weiter verkleinert wird. Weiterhin sollen die Vertiefungen in dem Rumpf möglichst groß sein, damit die Messgitter bzw. die Dehnungsmessstreifen einfacher in den Vertiefungen angeordnet werden können. Dies führt dazu, dass die Linearität und die Hysterese nicht mehr in dem vorgegebenen Genauigkeitsklassen liegt, welche insbesondere in höheren Genauigkeitsklassen wie beispielsweise der Genauigkeitsklasse C6 oder höher, nach OIML R60, verlangt werden.The problem with these load cells is that in order to save material, the outer diameter of the load cell is constantly being reduced. Furthermore, the indentations in the fuselage should be as large as possible so that the measuring grids or strain gauges can be arranged more easily in the indentations. As a result, the linearity and the hysteresis are no longer within the specified accuracy classes, which are required in particular in higher accuracy classes such as accuracy class C6 or higher, according to OIML R60.

Die DE 10 2013 012 506 A1 offenbart eine entsprechende Wägezelle, welche ovale Vertiefungen und vier Ausnehmungen in den Vertiefungen aufweist. Nachteilig an der Wägezelle ist die aufwendige und teure Fertigung.the DE 10 2013 012 506 A1 discloses a corresponding load cell having oval indentations and four indentations in the indentations. A disadvantage of the load cell is the complex and expensive production.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wägezelle der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Genauigkeit aufweist bei einem möglichst kleinen Außendurchmesser der Wägezelle.It is the object of the present invention to provide a load cell of the type mentioned at the outset which can be produced inexpensively and has a high degree of accuracy with the smallest possible external diameter of the load cell.

Diese Aufgabe wird bei einer Wägezelle der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwei Durchgangsbohrungen in dem Steg vorhanden sind, wobei die ersten Messgitter näher an den Durchgangsbohrungen angeordnet sind als die zweiten Messgitter.This object is achieved according to the invention in a load cell of the type mentioned at the outset in that there are two through-holes in the web, with the first measuring grid being arranged closer to the through-holes than the second measuring grid.

Vorzugsweise weist der Kopf eine im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete obere Endfläche auf und ist vom Rumpf durch mindestens einen oberen Einstich abgesetzt und der Fuß weist eine im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete untere Endfläche auf und ist vom Rumpf durch mindestens einen unteren Einstich abgesetzt. Insbesondere verläuft der obere Einstich und/oder der untere Einstich über den Umfang des Wägezellenkörpers. Weiterhin ist der Rumpf vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.Preferably, the head has a substantially spherical upper end surface and is separated from the body by at least one upper notch and the foot has a substantially spherical lower end surface and is separated from the body by at least one lower notch. In particular, the upper notch and/or the lower notch runs over the circumference of the load cell body. Furthermore, the fuselage is preferably of essentially cylindrical design.

Vorteilhaft sind die ersten Messgitter im oberen Bereich des Stegs angeordnet und die Durchgangsbohrungen sind im oberen Bereich der Vertiefungen in der Nähe des oberen Einstichs angeordnet, oder dem unteren Bereich der Vertiefungen angeordnet, wobei der untere Bereich der Vertiefungen in der Nähe des unteren Einstichs angeordnet ist. Vorzugsweise sind die ersten Messgitter auf beiden Seiten im oberen Bereich des Stegs bzw. der Vertiefungen angeordnet, wobei der obere Bereich des Stegs bzw. der obere Bereich der Vertiefungen in der Nähe des oberen Einstichs angeordnet ist und die zweiten Messgitter im unteren Bereich des Stegs bzw. im unteren Bereich der Vertiefungen angeordnet sind, vorzugsweise auf beiden Seiten des Stegs, wobei der untere Bereich des Stegs bzw. der untere Bereich der Vertiefungen in der Nähe des unteren Einstichs angeordnet ist. Vorzugsweise verläuft der obere Einstich und/oder der untere Einstich über den gesamten Umfang des Wägezellenkörpers.The first measuring grids are advantageously arranged in the upper area of the web and the through holes are arranged in the upper area of the depressions in the vicinity of the upper puncture, or arranged in the lower area of the depressions, with the lower area of the depression gene is located near the lower puncture. Preferably, the first measuring grids are arranged on both sides in the upper area of the bar or the indentations, with the upper area of the bar or the upper area of the indentations being arranged in the vicinity of the upper puncture and the second measuring grids in the lower area of the bar or are arranged in the lower part of the indentations, preferably on both sides of the ridge, the lower part of the ridge and the lower part of the indentations respectively being arranged in the vicinity of the lower puncture. The upper notch and/or the lower notch preferably runs over the entire circumference of the load cell body.

Insbesondere sind die ersten Messgitter und/oder die zweiten Messgitter auf einer Längsachse der Wägezelle angeordnet und befindet sich in der Nähe der Durchgangsbohrungen. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten des Stegs Messgitter bzw. Dehnungsmessstreifen angeordnet, wobei auf beiden Seiten die Messgitter innerhalb der Vertiefungen gegenüberliegend angeordnet sind.In particular, the first measuring grids and/or the second measuring grids are arranged on a longitudinal axis of the load cell and are located in the vicinity of the through-holes. Measuring grids or strain gauges are preferably arranged on both sides of the web, with the measuring grids being arranged opposite one another within the depressions on both sides.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Wägezelle spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene. Weiterhin sind die Durchgangsbohrungen symmetrisch zu der Symmetrieebene der Wägezelle angeordnet.In a further embodiment, the weighing cell is mirror-symmetrical to a plane of symmetry. Furthermore, the through holes are arranged symmetrically to the plane of symmetry of the load cell.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Durchgangsbohrungen im oberen Bereich des Stegs angeordnet. Vorzugsweise sind die Durchgangsbohrungen zylindrische, rotationssymmetrische Bohrungen, wobei die Durchmesser der Durchgangsbohrungen kleiner gleich 9 mm, vorzugsweise kleiner gleich 7 mm, besonders bevorzugst kleiner gleich 5 mm sind. Weiterhin ist vorzugsweise das erste Messgitter zwischen den Durchgangsbohrungen angeordnet. Dies führt dazu, dass die Wägezelle eine gute Linearität und eine sehr geringe Hysterese aufweist. In a further embodiment, the through holes are arranged in the upper area of the web. The through holes are preferably cylindrical, rotationally symmetrical holes, the diameter of the through holes being less than or equal to 9 mm, preferably less than or equal to 7 mm, particularly preferably less than or equal to 5 mm. Furthermore, the first measuring grid is preferably arranged between the through-holes. This results in the load cell having good linearity and very low hysteresis.

Weiterhin werden durch die zwei Durchgangsbohrungen im oberen Bereich des Stegs gezielt die ersten Messgitter beeinflusst, welche die auf die Wägezelle wirkenden Dehnungen in vertikaler Richtung messen bzw. die Längsdehnungen messen. Aufgrund der zwei Durchgangsbohrungen wird die Kraft, welche auf die Wägezelle wirkt, bzw. die Verformungen der Wägezelle durch die zwei Durchgangsbohrungen symmetrisch auf die ersten Messgitter geleitet. Dadurch werden auch Lasteinleitungen präzise gemessen, welche in einem kleinen Winkel auf die Wägezelle wirken, wie beispielsweise bei einer nicht korrekt eingebauten Wägezelle oder beim Auftreten von Windlasten.Furthermore, the first measuring grids, which measure the strains acting on the load cell in the vertical direction or measure the longitudinal strains, are specifically influenced by the two through-holes in the upper area of the web. Because of the two through-holes, the force that acts on the load cell or the deformation of the load cell is transmitted symmetrically through the two through-holes to the first measuring grid. This means that load introductions that act on the load cell at a small angle, such as when the load cell is incorrectly installed or when wind loads occur, are also precisely measured.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Rumpf einen Durchmesser von kleiner gleich 80 mm, vorzugsweise kleiner gleich 70 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 68 mm auf. Der Kopf und/oder der Fuß weisen einen kleineren Durchmesser auf als der Rumpf auf, Vorzugsweise weisen der Kopf und/oder der Fuß einen Durchmesser von kleiner gleich 65 mm, bevorzugt von kleiner gleich 62 mm, besonders bevorzugt von kleiner gleich 60 mm auf.In a further embodiment, the body has a diameter of less than or equal to 80 mm, preferably less than or equal to 70 mm, particularly preferably less than or equal to 68 mm. The head and/or the foot have a smaller diameter than the torso. The head and/or the foot preferably have a diameter of less than or equal to 65 mm, preferably less than or equal to 62 mm, particularly preferably less than or equal to 60 mm.

Weiterhin weist die obere Endfläche und/oder die untere Endfläche einen kleineren Durchmesser auf als der Kopf und/oder Fuß. Vorzugsweise weisen die als Kugelfläche ausgebildete obere Endfläche und/oder die als Kugelfläche ausgebildete untere Endfläche einen Durchmesser von kleiner gleich 60 mm, bevorzugt von kleiner gleich 59 mm, besonders bevorzugt von kleiner gleich 58 mm auf. Somit weist der Wägezellenkörper maximal einen Durchmesser von kleiner gleich 80 mm, vorzugsweise kleiner gleich 70 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 68 mm auf. Aufgrund des geringen Durchmesser bzw. des geringen Außendurchmessers des Wägezellenkörpers, wird weniger Material benötigt, wodurch die Produktionskosten deutlich gesenkt werden können.Furthermore, the upper end face and/or the lower end face has a smaller diameter than the head and/or the foot. The upper end surface designed as a spherical surface and/or the lower end surface designed as a spherical surface preferably have a diameter of less than or equal to 60 mm, preferably less than or equal to 59 mm, particularly preferably less than or equal to 58 mm. The maximum diameter of the load cell body is therefore less than or equal to 80 mm, preferably less than or equal to 70 mm, particularly preferably less than or equal to 68 mm. Due to the small diameter or the small outer diameter of the load cell body, less material is required, which means that production costs can be significantly reduced.

In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Vertiefungen einen Durchmesser von größer oder gleich 28 mm, bevorzugt von größer oder gleich 29 mm, besonders bevorzugt von größer oder gleich 31 mm auf, wobei die Vertiefungen zylindrische, rotationssymmetrische Sacklochbohrungen sind. Hierdurch werden das Positionieren und das Aufbringen der Messgitter auf den Steg bzw. das Positionieren und das Einkleben innerhalb der Vertiefungen deutlich vereinfacht und kann auch automatisiert erfolgen. Weiterhin wird aufgrund des großen Durchmessers der Vertiefungen die Steifigkeit in diesem Bereich verringert. Alternativ können die Vertiefungen eine elliptische Form aufweisen.In a further embodiment, the indentations have a diameter of greater than or equal to 28 mm, preferably greater than or equal to 29 mm, particularly preferably greater than or equal to 31 mm, the indentations being cylindrical, rotationally symmetrical blind holes. This significantly simplifies the positioning and application of the measuring grid to the web or the positioning and gluing within the depressions and can also be automated. Furthermore, due to the large diameter of the indentations, the rigidity in this area is reduced. Alternatively, the depressions can have an elliptical shape.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem Rumpf und dem unteren Einstich ein konisch geformter Übergangsbereich vorhanden, wobei der konisch geformte Übergangsbereich einen Winkel von größer oder gleich 35°, bevorzugt von größer oder gleich 37°, besonders bevorzugt von größer oder gleich 39° zur Längsachse aufweist. Aufgrund dieses Übergangsbereichs wird die Kraft symmetrisch auf den unteren Einstich bzw. den Fuß geleitet.In a further embodiment, there is a conically shaped transition area between the body and the lower recess, the conically shaped transition area having an angle of greater than or equal to 35°, preferably greater than or equal to 37°, particularly preferably greater than or equal to 39° to the longitudinal axis having. Due to this transition area, the force is directed symmetrically to the lower puncture or the foot.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Steg eine Wandstärke von größer oder gleich 25 mm, bevorzugt von größer oder gleich 26 mm, besonders bevorzugt von größer oder gleich 28 mm auf. Vorzugsweise liegt ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Vertiefung und der Wandstärke des Stegs zwischen 1,0 bis 1,4. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Wägezelle mit einem Messbereich bis 150 Tonnen, bevorzugt mit einem Messbereich bis 100 Tonnen, besonders bevorzugt mit einem Messbereich bis 80 Tonnen.In a further embodiment, the web has a wall thickness of greater than or equal to 25 mm, preferably greater than or equal to 26 mm, particularly preferably greater than or equal to 28 mm. A ratio between the diameter of the depression and the wall thickness of the ridge is preferably between 1.0 and 1.4. This is preferably a load cell with a measuring range of up to 150 tons, preferably with one Measuring range up to 100 tons, particularly preferred with a measuring range up to 80 tons.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Wägezellenkörper aus einem Stahl gefertigt, welcher eine Härte von größer oder gleich 38 HRC, bevorzugt größer oder gleich 39 HRC, besonders bevorzugt von größer oder gleich 40 HRC aufweist, wobei die Härte des Stahls nicht größer als 50 HRC ist. Insbesondere besteht der Wägezellenkörper aus dem Stahl 1.4057. Dieser Stahl weist eine ausreichende Härte auf und eine geringe Hysterese.In a further embodiment, the load cell body is made of steel with a hardness greater than or equal to 38 HRC, preferably greater than or equal to 39 HRC, particularly preferably greater than or equal to 40 HRC, the hardness of the steel not being greater than 50 HRC . In particular, the load cell body consists of steel 1.4057. This steel has sufficient hardness and low hysteresis.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Fuß eine Verdrehsicherung auf. Zusätzlich kann an der Wägezelle eine Grundplatte und eine Kopfplatte angeordnet werden, wobei die Grundplatte zur Aufnahme des Fußes ausgebildet ist und auf der Kopfplatte sich die zu verwiegende Last abstützt.In a further embodiment, the foot has an anti-twist device. In addition, a base plate and a top plate can be arranged on the weighing cell, the base plate being designed to accommodate the foot and the load to be weighed being supported on the top plate.

Weiterhin können in dem Fuß und/oder in dem Kopf der Wägezelle Bohrungen vorgesehen sein, durch welche die Wägezelle hängend montiert werden kann und so eine Last an die Wägezelle angehangen werden kann.Furthermore, bores can be provided in the foot and/or in the head of the load cell, through which the load cell can be mounted in a suspended manner and a load can thus be attached to the load cell.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Figuren dargestellt, die zeigen:

1: eine schematische Ansicht einer Wägzelle,
2: einen Schnitt A-A der Wägezelle gemäß 1,
3: eine Vertiefung der Wägezelle,
4: eine schematische Darstellung der Anordnung der Messgitter in einer Wheatstoneschen Messbrücke, und
5: einen Schnitt B-B der Wägezelle gemäß 1.

In the following, preferred exemplary embodiments of the device according to the invention are presented using figures which show:

1 : a schematic view of a load cell,
2 : according to a section AA of the load cell 1 ,
3 : a recess of the load cell,
4 : a schematic representation of the arrangement of the measuring grids in a Wheatstone measuring bridge, and
5 : a section BB according to the load cell 1 .

1 zeigt eine Wägezelle 1 mit einem Wägezellenkörper 2, umfassend einen Kopf 3, einen Rumpf 4 und einen Fuß 5, wobei der Kopf 3 eine im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete obere Endfläche 8 aufweist und vom Rumpf 4 durch mindestens einen oberen Einstich 6 abgesetzt ist, der Rumpf 4 im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und der Fuß 5 eine im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete untere Endfläche 9 aufweist und vom Rumpf 4 durch mindestens einen unteren Einstich 7 abgesetzt ist. Der der Rumpf 4 weist zwei gegenüberliegende Vertiefungen 10 auf, wobei zwischen den zwei Vertiefungen 10 ein Steg 11 vorhanden ist und innerhalb der Vertiefungen 10 Messgitter 12 angeordnet sind, wobei ein erstes Messgitter 13 die Verformungen der Wägezelle 1 in vertikaler Richtung misst und ein zweites Messgitter 14 die Verformungen der Wägezelle 1 in horizontaler Richtung misst, wobei die Wägezelle 1 spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene E ist. Das erste Messgitter 13 ist im oberen Bereich 15 der Vertiefungen 10 angeordnet, wobei der obere Bereich 15 der Vertiefungen 10 in der Nähe des oberen Einstichs 6 angeordnet ist und das zweite Messgitter 14 im unteren Bereich 16 der Vertiefungen 10 angeordnet ist, wobei der untere Bereich 16 der Vertiefungen 10 in der Nähe des unteren Einstichs 7 angeordnet ist. 1 shows a load cell 1 with a load cell body 2, comprising a head 3, a body 4 and a foot 5, wherein the head 3 has an upper end face 8 essentially designed as a spherical surface and is separated from the body 4 by at least one upper recess 6, which The body 4 is essentially cylindrical and the foot 5 has a lower end surface 9 designed essentially as a spherical surface and is separated from the body 4 by at least one lower recess 7 . The fuselage 4 has two opposing indentations 10, with a web 11 being present between the two indentations 10 and measuring grids 12 being arranged within the indentations 10, with a first measuring grid 13 measuring the deformations of the load cell 1 in the vertical direction and a second measuring grid 14 measures the deformations of the load cell 1 in the horizontal direction, with the load cell 1 being mirror-symmetrical to a plane of symmetry E. The first measuring grid 13 is arranged in the upper area 15 of the depressions 10, with the upper area 15 of the depressions 10 being arranged in the vicinity of the upper puncture 6 and the second measuring grid 14 being arranged in the lower area 16 of the depressions 10, with the lower area 16 of the depressions 10 is arranged in the vicinity of the lower puncture 7 .

Sowohl an die im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete obere Endfläche 8 als auch an die im Wesentlichen als Kugelfläche ausgebildete untere Endfläche 9 kann jeweils ein weiterer Bereich anschließen, welcher die obere Endfläche 8 mit dem Kopf 3 verbindet und die untere Endfläche 9 mit dem Fuß 5 verbindet.Both the upper end surface 8, which is essentially designed as a spherical surface, and the lower end surface 9, which is essentially designed as a spherical surface, can be adjoined by a further area, which connects the upper end surface 8 to the head 3 and the lower end surface 9 to the foot 5 .

In den Vertiefungen 10 sind zwei Durchgangsbohrungen 17 in dem Steg 11 angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 17 sind im oberen Bereich 15 des Stegs 11 bzw. im oberen Bereich 15 der Vertiefungen 10 angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 17 sind symmetrisch zu der Symmetrieebene E der Wägezelle 1 angeordnet und sind als zylindrische Bohrungen ausgeführt. Das erste Messgitter 13 ist auf der Längsachse L in der Nähe der Durchgangsbohrungen 17 angeordnet.Two through-holes 17 are arranged in the web 11 in the recesses 10 . The through holes 17 are arranged in the upper area 15 of the web 11 or in the upper area 15 of the depressions 10 . The through bores 17 are arranged symmetrically to the plane of symmetry E of the load cell 1 and are designed as cylindrical bores. The first measuring grid 13 is arranged on the longitudinal axis L in the vicinity of the through holes 17 .

Der konisch geformte Übergangsbereich 18, welcher zwischen dem Rumpf 4 und dem unteren Einstich 7 angeordnet ist, weist einen Winkel α von größer oder gleich 35° auf. Somit weist der Übergangsbereich 18 eine kegelförmige, insbesondere eine kegelstumpfförmige Geometrie auf.The conically shaped transition area 18, which is arranged between the body 4 and the lower recess 7, has an angle α of greater than or equal to 35°. The transition area 18 thus has a conical geometry, in particular a truncated cone-shaped geometry.

Der Fuß weist eine Verdrehsicherung 19 auf. Diese ist als Aussparung in der Nähe der unteren Endfläche 9 angeordnet. In einer nicht gezeigten Grundplatte können entsprechende Zapfen oder Anschläge angeordnet sein, die in die Verdrehsicherung 19 eingreifen und so eine Verdrehung der Wägezelle 1 verhindern.The foot has an anti-twist device 19 . This is arranged as a recess in the vicinity of the lower end face 9 . Corresponding pins or stops can be arranged in a base plate (not shown), which engage in the anti-twist device 19 and thus prevent the load cell 1 from twisting.

2 zeigt einen Schnitt A-A der Wägezelle 1 gemäß 1. Hierbei sind die Durchgangsbohrungen 10 und der Steg 11 ersichtlich. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D einer Durchgangsbohrung 10 zu der Wandstärke S des Stegs 11 liegt zwischen 1,05 und 1,4, bevorzugt zwischen 1,07 bis 1,3, besonders bevorzugt zwischen 1,09 und 1,28. 2 shows a section AA of the load cell 1 according to FIG 1 . Here, the through holes 10 and the web 11 are visible. The ratio between the diameter D of a through hole 10 and the wall thickness S of the web 11 is between 1.05 and 1.4, preferably between 1.07 and 1.3, particularly preferably between 1.09 and 1.28.

3 zeigt eine Vertiefung 10, den Steg 11, die zwei Durchgangsbohrungen 17 und die Anordnung der Messgitter 12, 13, 14, auf dem Steg 11. Die Durchgangsbohrungen 17 sind symmetrisch zu der Symmetrieachse E angeordnet. Die Durchgangsbohrungen 17 sind in dem Steg 11 angeordnet, auf welchen auch die Messgitter 12, 13, 14, angeordnet sind. Auf der Längsachse L der Wägezelle 1 ist das erste Messgitter 13 in unmittelbarer Nähe zu den Durchgangsbohrungen 17 angeordnet. Dabei ist das erste Messgitter 13 so orientiert, dass es die Dehnung und/oder die Stauchungen in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse L misst. Das zweite Messgitter 14 misst die Dehnungen und/oder die Stauchungen in Querrichtung bzw. die Dehnungen und/oder die Stauchungen welche quer zur Längsachse L der Wägezelle 1 erfolgen. Weiterhin ist das zweite Messgitter 14 in dem unteren Bereich 16 des Stegs 11 angeordnet, wobei das zweite Messgitter 14 näher an dem ersten Messgitter 13 angeordnet ist als an dem äußeren Umfangsrand der Vertiefung 10. Vorzugweise sind die Messgitter 12, 13, 14, breiter als sie lang sind. 3 shows a recess 10, the web 11, the two through-holes 17 and the arrangement of the measuring grids 12, 13, 14 on the web 11. The through-holes 17 are arranged symmetrically to the axis of symmetry E. The through bores 17 are arranged in the web 11, on which the measuring grids 12, 13, 14 are also arranged. On the longitudinal axis L of the load cell 1 is the first measuring grid 13 is arranged in the immediate vicinity of the through-holes 17 . The first measuring grid 13 is oriented in such a way that it measures the elongation and/or the compression in the longitudinal direction or in the direction of the longitudinal axis L. The second measuring grid 14 measures the elongations and/or the compressions in the transverse direction or the elongations and/or the compressions which occur transversely to the longitudinal axis L of the load cell 1 . Furthermore, the second measuring grid 14 is arranged in the lower region 16 of the web 11, the second measuring grid 14 being arranged closer to the first measuring grid 13 than to the outer peripheral edge of the depression 10. The measuring grids 12, 13, 14 are preferably wider than they are long.

4 zeigt eine schematische Anordnung der ersten Messgitter 13 und der zweiten Messgitter 14 in einer Wheatstoneschen Messbrücke 20. Auf jeder Seite des Stegs 11 sind jeweils ein erstes Messgitter 13 und ein zweites Messgitter 14 angeordnet, wobei die ersten Messgitter 13 und die zweiten Messgitter 14 zu einer Wheatstoneschen Messbrücke verschaltet sind, so dass auf jeder Seite eine Halbbrücke angeordnet ist und die beiden Halbbrücken zu einer Vollbrücke verschaltet sind. Die ersten Messgitter 13 sind in der Wheatstoneschen Messbrücke 20 gegenüberliegend angeordnet. Somit sind beispielsweise R1 und R4 oder R2 und R3 die ersten Messgitter 13 und R2 und R3 oder R1 und R4 die zweiten Messgitter 14. Die ersten Messgitter 13 sind auf beiden Seiten des Stegs gegenüberliegend angeordnet, so dass die ersten Messgitter 13 in unmittelbarer Nähe zu den Durchgangsbohrungen 17 angeordnet sind. Die zweiten Messgitter 14 sind ebenfalls auf beiden Seiten des Stegs gegenüberliegend angeordnet und in dem unteren Bereich 16 des Stegs 11 angeordnet. 4 shows a schematic arrangement of the first measuring grid 13 and the second measuring grid 14 in a Wheatstone measuring bridge 20. A first measuring grid 13 and a second measuring grid 14 are arranged on each side of the web 11, with the first measuring grid 13 and the second measuring grid 14 forming one Wheatstone measuring bridge are interconnected, so that a half-bridge is arranged on each side and the two half-bridges are interconnected to form a full bridge. The first measuring grids 13 are arranged opposite one another in the Wheatstone measuring bridge 20 . Thus, for example, R1 and R4 or R2 and R3 are the first measuring grids 13 and R2 and R3 or R1 and R4 are the second measuring grids 14. The first measuring grids 13 are arranged opposite one another on both sides of the web, so that the first measuring grids 13 are in close proximity to the through holes 17 are arranged. The second measuring grids 14 are also arranged opposite one another on both sides of the web and are arranged in the lower region 16 of the web 11 .

5 zeigt einen Schnitt B-B der Wägezelle 1 gemäß 1. Dabei ist zu erkennen, dass auf beiden Seiten des Stegs 11 jeweils ein erstes Messgitter 13 und ein zweites Messgitter 14 angeordnet sind. Die ersten Messgitter 13 und die zweiten Messgitter 14 sind dabei gegenüberliegend angeordnet, so dass die ersten Messgitter 13 auf dem Steg 11 in derselben Position angeordnet sind und die zweiten Messgitter 14 ebenfalls in derselben Position auf dem Steg angeordnet sind. Somit sind die ersten Messgitter 13 im oberen Bereich 15 des Stegs 11 angeordnet und die zweiten Messgitter im unteren Bereich 16 des Stegs 11. Vorzugsweise sind die Messgitter 12, 13, 14, über flexible Leitungen oder mit flexiblen Leiterplatten mit einer Steuerung verbunden, welche außerhalb des Wägezellenkörpers 2 angeordnet ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Verschaltung der Messgitter 12, 13, 14, zu einer Wheatstoneschen Messbrücke auf der Steuerung bzw. außerhalb des Wägezellenkörpers 2. Vorzugsweise ist um den Wägezellenkörper 2 ein nicht gezeigtes Gehäuse angeordnet, in dem die Steuerung der Wägezelle 1 angeordnet ist. Alternativ können die Messgitter 12, 13, 14, auch durch die Durchgangsbohrungen 17 miteinander verbunden sein. 5 shows a section BB of the load cell 1 according to 1 . It can be seen here that a first measuring grid 13 and a second measuring grid 14 are arranged on both sides of the web 11 . The first measuring grid 13 and the second measuring grid 14 are arranged opposite each other, so that the first measuring grid 13 are arranged in the same position on the web 11 and the second measuring grid 14 are also arranged in the same position on the web. The first measuring grids 13 are thus arranged in the upper area 15 of the web 11 and the second measuring grids in the lower area 16 of the web 11. The measuring grids 12, 13, 14 are preferably connected via flexible lines or with flexible printed circuit boards to a controller which is external of the load cell body 2 is arranged. The measuring grids 12, 13, 14 are particularly preferably connected to form a Wheatstone measuring bridge on the controller or outside of the load cell body 2. A housing (not shown) is preferably arranged around the load cell body 2, in which the controller of the load cell 1 is arranged. Alternatively, the measuring grids 12 , 13 , 14 can also be connected to one another by the through-holes 17 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Wägezelleload cell
22: Wägezellenkörperload cell body
33: Kopfhead
44: Rumpfhull
55: FußFoot
66: Oberer EinstichUpper puncture
77: Unterer EinstichLower puncture
88th: Obere Endflächeupper end face
99: Untere Endflächelower end face
1010: Vertiefungenindentations
1111: Stegweb
1212: Messgitter / DehnungsmessstreifenMeasuring grid / strain gauges
1313: Erstes MessgitterFirst measuring grid
1414: Zweites MessgitterSecond measuring grid
1515: Obere Bereichupper area
1616: Untere Bereichlower area
1717: Durchgangsbohrungenthrough holes
1818: Übergangsbereichtransition area
1919: Verdrehsicherunganti-rotation device
2020: Wheatstoneschen MessbrückeWheatstone bridge
DD: Durchmesser Vertiefungdiameter indentation
EE: Symmetrieebeneplane of symmetry
LL: Längsachselongitudinal axis
SS: Wandstärke Stegwall thickness web

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102013012506 A1 [0007]

Claims

Load cell (1) with a load cell body (2) comprising a head (3), a body (4) and a foot (5), wherein the body (4) has two opposing indentations (10) and between the two indentations (10 ) a web (11) is present and at least four measuring grids (12, 13, 14) are arranged on the web (11) within the depressions (10), with at least two first measuring grids (13) being arranged opposite one another on the web (11). and measure the expansion and/or compression acting on the load cell (1) in the longitudinal direction and the at least two second measuring grids (14) are arranged opposite one another on the web (11) and the expansion and/or compression acting on the load cell (1). measure in the transverse direction, with the first measuring grid (13) and the second measuring grid (14) being connected to form a Wheatstone measuring bridge, so that a half bridge is arranged on each side of the web (11) and the two half bridges are connected to form a full bridge, with a e Force is introduced in the vertical direction from the head (3) to the foot (5), characterized in that there are two through-holes (17) in the web (11), the first measuring grid (13) being closer to the through-holes (17 ) are arranged as the second measuring grids.

load cell (1) after claim 1 , characterized in that the head (3) has an upper end surface (8) essentially designed as a spherical surface and is separated from the body (4) by at least one upper recess (6) and the foot (5) has an essentially spherical surface has a lower end face (9) and is separated from the body (4) by at least one lower indentation (7).

load cell (1) after claim 2 , characterized in that the through holes (17) are arranged in the upper area (15) of the depressions (10) in the vicinity of the upper puncture (6), or the lower area (16) of the depressions (10) are arranged, the lower region (16) of the depressions (10) is arranged in the vicinity of the lower puncture (7).

load cell (1) after claim 2 or 3 , characterized in that the upper groove (6) and/or the lower groove (7) runs over the entire circumference of the load cell body (2).

Load cell (1) according to one of claims 2 until 4 , characterized in that there is a conically shaped transition area (18) between the body (4) and the lower recess (7).

load cell (1) after claim 5 , characterized in that the conically shaped transition area (18) has an angle (a) of greater than or equal to 35° to the longitudinal axis (L).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first measuring grid (13) is arranged in the upper area (15) of the depressions (10).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body (4) is essentially cylindrical.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load cell (1) is mirror-symmetrical to a plane of symmetry (E).

load cell (1) after claim 9 , characterized in that the through bores (17) are arranged symmetrically to the plane of symmetry (E) of the load cell (1).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the through bores (17) are cylindrical bores.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the through bores (17) is less than or equal to 7 mm.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first measuring grid (13) and/or the second measuring grid (14) are arranged on a longitudinal axis (L) of the load cell (1).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the through bores (17) are arranged in the upper region (15) of the web (11).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body (4) has a diameter of less than or equal to 70 mm.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the head (3) and/or the foot (5) have a smaller diameter than the body (4).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the upper end face (8) and/or the lower end face (9) has a smaller diameter than the head (3) and/or the foot (5).

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the indentations (10) have a diameter of greater than or equal to 28 mm.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions (10) are cylindrical blind holes.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the web (11) has a wall thickness (S) of greater than or equal to 25 mm.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load cell body (2) is made of steel which has a hardness of greater than or equal to 38 HRC.

Load cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load cell body (2) consists of steel 1.4057.