-
Kraftmeßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßeinrichtung,
bestehend aus zwei oder mehreren parallelen, zur Richtung der Meßkraft senkrechten
und in Kraftrichtung hintereinandergelegenen federnden Teilen, deren Enden mit zwei
steifen Teilen fest verbunden sind, wovon der eine steife Teil im Verhältnis zur
Umgebung und zur Einwirkung der Meßkraft in seiner Lage fixiert ist und der andere
steife Teil von der Meßkraft beeinflußt wird, wobei die federnden Teile zusammen
mit den steifen Teilen aus einem Stück gearbeitet und die federnden Teile mit Dehnungsmeßstreifen
versehen sind.
-
Solche Kraftmeßeinrichtungen sind in einer Anzahl Ausführungsformen
bekannt. Die Ausbildung ihrer federnden Teile erfolgt mit Rücksicht auf die Größe
der Kräfte, welche man zu messen wünscht.
-
Diese Kräfte sind im folgenden »Meßkräfte« genannt; Kräfte, welche
in einer anderen Richtung als die Meßkräfte angreifen, »Seitenkräfte«.
-
Für größere Meßkräfte als etwa 1 t besteht der federnde Teil im allgemeinen
aus einem Zylinder, welcher in seiner Längsachse von der Meßkraft beeinflußt wird,
so daß er gestaucht oder auseinandergezogen wird. Die relative Längenänderung -
Dehnung oder Stauchung - wird mit den Dehnungsgebern gemessen und ist ein Maß der
angreifenden Meßkräfte. Bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen der Zylinder
wird beispielsweise auf das schwedische Patent 165 227 hingewiesen, in dem die üblichen
Typen beschrieben sind.
-
Für geringere Kräfte als etwa 1 t würde, um eine ausreichende Dehnung
zu erhalten, die Querschnittsfläche des Zylinders so klein, daß diese Ausführungsform
praktisch nicht anwendbar ist. Statt dessen werden federnde Teile verwendet, die
so geformt sind, daß gewisse Teile von ihnen einem biegenden Kraftmoment ausgesetzt
werden. Dabei kommen im allgemeinen drei Ausführungsformen zur Anwendung.
-
Die einfachste besteht aus einem geraden Balken, dessen Ende in einer
Unterlage fest eingespannt ist und dessen anderes Ende von der Meßkraft beaufschlagt
wird. Hierbei erhält der Balken ein vom Angriffspunkt der Meßkraft aus zunehmendes
Moment. Das Moment bewirkt Dehnungen der Balkenaußenfasern, welche mit den Dehnungsmeßstreifen
gemessen werden können.
-
Diese Ausführungsform hat nur begrenzte Anwendung, da die Meßkraft
in genau definierter Rieb tung angreifen muß und die Seitenkräfte zu eliminieren
sind, damit keine Zusatzmomente auftreten, die die Dehnungsverteilung längs des
Balkens beein
flussen und dadurch ein fehlerhaftes Meßresultat ergeben.
-
Eine Möglichkeit, um dies zu vermeiden, wird dadurch gegeben, daß
die Meßkraft über ein biegbares Seil oder eine Stange übertragen wird, was nur ein
geringes Biegemoment zur Deformation erfordert.
-
Wird der Angriffspunkt der Kraft in der Stange fixiert oder durch
eine mechanische Steuerungsanordnung unbedeutend geändert, kann die Größe der zum
Balken übertragenen Zusatzmomente auf eine vernachlässigbare Größe reduziert werden.
Hierzu sind jedoch äußere Zusatzanordnungen, um das Einwirken der Seitenkräfte zu
reduzieren, notwendig, die Platz erfordern und unwirtschaftlich sind.
-
Eine andere Ausführungsform besteht aus einem Ring oder einem ringähnlichen
Körper, an dessen Umkreis die Dehnungsmeßstreifen befestigt sind und welcher an
zwei diametralen Punkten seines Umfangs von der Meßkraft beeinflußt wird. Die Dehnung
in den Meßstreifen entsteht auch hier auf Grund der Biegemomente aus verschiedenen
Richtungen und Größen, welche um den Umfang herum entstehen, sobald der Ring der
Kraft ausgesetzt wird.
-
Zwar kann bei Vorliegen exakter Ringsymmetrie bewiesen werden. daß
das Einwirken der Seitenkräfte zu eliminieren ist. Dies ist aber bei unsymmetrischen
Ringen nicht der Fall und in der Praxis auch nie erreichbar. Statt dessen wird die
Einwirkung von
Seitenkräften durch äußere mechanische Steuerungsanordnungen
reduziert, die z. B. aus einer Stange bestehen, welche an jedem Ende von Membranen
gehalten wird und am einen Ende längs ihrer Längsachse von der Kraft beeinflußt
wird, während ill anderes Ende mit einer Seite des Ringes in Verbindung steht. Die
Membranen sind in diesem Fall längs ihres Umfangs an der Unterlage fixiert, gegen
die die andere Seite des Ringes stößt.
-
Eine dritte Ausführungsform, zu der die erfindungsgemäße Vorrichtung
zu rechnen ist, besteht aus einem Parallelogramm mit zwei gegenüberliegenden Seiten
solcher Abmessungen, daß sie relativ steif sind, und zwei gegenüberliegenden Seiten,
die federnd und als Bänder geformt sind. Ein Beispiel dieser Ausführungsform wird
in dem deutschen Patent 1 052708 gezeigt. Wenn man die eine steife Seite auf einer
Unterlage fixiert und die Kraft in paralleler Richtung zur steifen Gegenseite an
der anderen Seite angreifen läßt, dann werden die federnd ausgebildeten zwei Seiten
Biegemomenten ausgesetzt, welche Dehnungen in deren Außenfasern hervorrufen und
so ein Maß für die angreifende Kraft liefern. Die Größe der Biegemomente variiert
jedoch längs der federnden Seiten, und nur gewisse Teile derselben erhalten meßbare
Dehnungen, wenn die Konstruktion nicht überbelastet wird. Wird die Anordnung von
einer Seitenkraft angegriffen, verursacht diese, wenn sie in der Ebene senkrecht
zur Ebene des Parallelogramms angreift, ein Moment um eine Achse parallel zu dieser
Ebene und den federnden Seiten, dessen Einwirkung dadurch reduziert werden kann,
daß die Abschnitte der federnden Seiten eine größere Breite als Dicke erhalten.
Greift die Seitenkraft längs der Ebene des Parallelogramms an, so verursacht diese
dagegen Zug- oder Druckspannungen in den Federn, was in diesen einen unbedeutenden
Dehnungszuwachs im Verhältnis zu den Dehnungen auf Grund der Biegemomente der Meßkraft
mit sich führt. Diese Ausführungsform kann also Seitenkräfte von bedeutender Größe
im Verhältnis zur Meßkraft enthalten.
-
Die von der Meßkraft hervorgerufenen Momente variieren in Größe und
Richtung längs der Federn derart, daß sie in der Mitte der Federn (vorausgesetzt,
daß die Federn an den steifen Seiten fest eingespannt sind) Null sind und proportional
zum Abstand von der Mitte derselben zunehmen. Bei einer bandförmigen Ausführung
mit etwa konstanter Dicke und Breite der Federn ist die entstandene Dehnung proportional
zu den Momenten. Werden Delmungsmeßstreifen an den Enden der Federn - wo die Dehnungen
am größten werden - angeordnet, so erhalten diese eine längs ihrer Länge sich verändernde
Dehnung welche an den Enden am größten ist, die den steifen Seiten nahe kommen.
Die Widerstandsänderung der Meßstreifen ist jedoch proportional zur Durchschnittsdelmung
der Geber längs ihrer aktiven Drahtlänge, weshalb die größte Dehnung, welcher der
Meßstreifen ausgesetzt wird, bedeutend größer ist als die Durchsclmittsdehnung,
sofern die Länge der Federn nicht bedeutend größer als jene der Dehnungsmeßstreifen
ist. In einem solchen Fall wird jedoch die Größe der Meßvorrichtung unpraletiscll
groß und teuer in der Herstellung Andernfalls haben bandförmig geformte Federn die
Eigenschaft, daß die Ausbeute zwischen Dehnung und totaler Widerstandsänderung niedrig
wird.
-
Außerdem führt dies mit sich, daß der Geber an einem Außenende, wo
kein aktiver Widerstandsdraht vorhanden ist, größtmögliche Dehnung erhält. Dies
ist nachteilig, da das Kriechen unproportional groß wird. Das Kriechen wird hierbei
als Widerstandsänderungen auf Grund fehlender Nachgiebigkeit zwischen der Dehnung
der Geber im Verhältnis zu jener der Unterlage definiert, was sich im Laufe der
Zeit, während der der Geber Dehnungen ausgesetzt ist, erhöht. Man kann zeigen, daß
das Kriechen des Gebers hauptsächlich deshalb aufkommt, da die Außenenden bei der
Kraftüberführung zwischen Unterlage zum Geber Schubkräften ausgesetzt werden und
die Enden dann dazu neigen, sich von der Unterlage zu lösen. Ein Dehnungsmeßstreifen,
der an den Außenenden stärker als in der Mitte gedehnt wird, wird deshalb mehr kriechen
als einer, der eine konstante Dehnung längs seiner Länge hat.
-
Für eine Kraftmeßvorrichtung, die eine Kraft in eine eindeutige Widerstandsänderung
umwandeln soll, sind Widerstandsänderungen auf Grund von Kriechen natürlich ein
erheblicher Nachteil. Nach dem deutschen Patent 1052708 soll man den genannten Nachteilen
dadurch entgangen sein, daß man in einer Ausführung die mechanischen Spannungen
auf die Federenden konzentriert und die Meßstreifen dort angeordnet hat. Dadurch
werden die Dehnungen auf die Mitte der Geber konzentriert.
-
Die Abmessungen der Meßkörper werden jedoch hierbei im Verhältnis
zur Meßlänge der Geber beträchtlich.
-
In der Regel ist der parallelogrammförmige Körper aus einem einzigen
Materialstück hergestellt, um Reibungen zwischen den zusammengefügten Teilen zu
vermeiden. Reibungen würden geänderte Momentverteilungen und damit Meßfehler hervorrufen.
Die Herstellung von Parallelogrammen stellt sich aus diesem Grunde relativ teuer.
Die bekannten Kraftmeßvorrichtungen dieser Art haben infolgedessen nur begrenzte
Anwendung gefunden.
-
Ferner ist eine in ihrer Wirkung dem genannten deutschen Patent ähnliche
Kraftmeßvorrichtung bekanntgeworden. Bei dieser Meßvorrichtung ist der Meßgeber
in der Mitte des dicken Materials der Meßfeder angebracht. Er wird also einer solchen
Dehnungsverteilung ausgesetzt, bei der die maximale Dehnung in der Mitte der Meßlänge
des Gebers entsteht.
-
Es ist ferner eine Moment und Kraftmessende Vorrichtung bekannt,
mit der sowohl die Größe als auch der Angriffspunkt einer Kraft bestimmt werden
können. Um dies zu erreichen, müssen zwei Löcher in der Längsrichtung des Biegebalkens
vorliegen, die versetzt sind. Die Funktion dieser Vorrichtung wird aber durch das
Auftreten von Sekundrspannungen gestört.
-
Eine bekannte Kraftmeßvorrichtung weist ein rohrförmiges Schutzgehäuse
mit Membranen an jedem Ende auf. Dieses Schutzrohr hat jedoch im wesentlitzen die
Aufgabe, den Meßkörper einzuschließen.
-
Es stellt jedoch keinen aktiven Teil der Meßvorrichtung dar, durch
den die Kraft von dem Meßkörper zu einer Unterlage übertragen würde.
-
Bei einer weiteren bekannten Meßvorrichtung liegt zum Zwecke eines
Üherlastungsschutzes eine kreisförmige Platte vor, gegen die ein Körper, der von
der Meßkraft betätigt wird, anliegt, wenn die Meßkraft dem Meßkörper eine gewisse
Verformung
erteilt. Diese Vorrichtung gibt lediglich einen Schutz
für eine positive Richtung der Meßkraft.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kraftmeßvorrichtung
zu schaffen, die vorzugsweise für die Messung von Kräften kleiner als lt geeignet
und bei einfacher und billiger Konstruktion so gestaltet ist, daß sie den Forderungen,
die an die Dehnungsverteilung der Unterlagen der Drahtdehnungsmeßstreifen zu stellen
sind, genügt und dabei eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Seitenkräften aufweist.
-
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die federnden
Teile eine von der Mitte nach beiden Richtungen gegen die steifen Teile zunehmende
Dicke aufweisen, wobei die einander abgekehrten Seiten plan sind und die einander
zugekehrten Seiten Zylinderflächen sind, und daß Dehnung meßstreifen symmetrisch
zu der durch die Mittelpunkte der federnden Teile gehenden Linie befestigt sind.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die Federn
auf Grund ihrer Ausbildung mit von der Mitte aus zunehmender Stärke die Entstehung
von zusätzlichen Hohlkehlspannungen an den Befestigungsstellen verhindern und außerdem
durch ihren verhältnismäßig kurzen, schwachen Teil gegen Druckbelastungen knickfest
sind, weshalb große Seitenbelastungen in der Richtung wirken, die den Meßfedern
Zug- und Druckkräfte gibt, welche die Federn bis zu ihrer Zug- oder Druckbruchgrenze
aushalten.
-
Die Bemessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind kleiner als
bei Ausführungen nach den bekannten Konstruktionen. Der Grund hierfür ist, daß die
Spannungsverteilungen in den Meßfedern auf Grund der von der Mitte aus zunehmenden
Dicke gleichmäßiger werden. Schätzungsweise wird die Längenskala die Hälfte von
derjenigen anderer Kraftgeber bei derselben Meßlänge der Dehnungsgeber.
-
Das Niederbiegen der Kraftmeßeinrichtung bei vorgegebener Kraft wird
minimal. Der Grund hierfür ist, daß praktisch nur das Material, das unterhalb der
Dehnungsgeber liegt, gedehnt wird und daß dieses Material verhältnismäßig nahe der
Mitte der Federn liegt, wodurch die federnde Länge kurz ist.
-
Der Meßkörper ist billiger in der Herstellung als andere entsprechende
bekannte Körper.
-
Die Fähigkeit, Seitenkräfte auszuhalten, ist größer als diejenige
der bekannten Vorrichtungen, insbesondere für Seitenkraftrichtungen, die Zug- und
Druckkräfte in den Meßfedern erzeugen. Der Grund hierfür ist, daß die Federn eine
von ihrer Mitte aus zunehmende Dicke haben, wodurch Hohlkehlspannungen nicht entstehen,
und daß die federnde Länge verhältnismäßig kürzer ist, wodurch die Gefahr des Knickens
bei Druckkraftbelastung vermieden wird.
-
Die Bemessungen des Meßkörpers sind einfach zu berechnen.
-
Durch die angeführten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird eine erheblich erweiterte Verwendbarkeit des Kraftgebers erreicht. Er ist dazu
bestimmt, für Kraftmessung, z. B. zwischen verschiedenen Teilen in Maschinen in
der mechanischen Industrie oder in Luftfahrzeugen oder zum Wiegen von Behältern
oder Fahrzeugen in anderen Industriezweigen, verwendet zu werden. In sämtlichen
Fällen müssen die Geber häufig in fertige Konstruktionen
eingesetzt werden, wobei
die verfügbaren Räume sehr knapp sein können. Für Luftfahrzeuge ist das durch die
obenerwähnten verringerten Abmessungen verringerte Gewicht außerdem von Wert. Die
verringerte Größe wird besonders wichtig, wenn irgendeine Form von Kapselung erforderlich
ist.
-
Insbesondere beim Messen von dynamischen - schnell variierenden -
Kräften ist Steifheit bedeutungsvoll, da die Eigenfrequenz mit zunehmender Steifheit
erhöht wird und dadurch höhere Frequenzen der Meßkräfte registriert werden können.
-
Die Kraftmeßeinrichtung gemäß der Erfindung hat bessere Eigenschaften,
als die bei der obengenannten deutschen Patentschrift beschriebene Vorrichtung,
wenigstens in einer gewissen Richtung der Seitenkräfte. Dies ist ein wesentlicher
Vorteil fm Vergleich mit dem dort beschriebenen Geber, da die Richtung erwarteter
Seitenkräfte oft vorausgesehen und Meßfehler oder Zerstörung des Kraftgebers vermieden
werden können.
-
Eine nahezu ideale Dehnungsverteilung wird dadurch erreicht, daß
die einander zugekehrten Flächen aus zirkularen Zylinderflächen bestehen. Auf Grund
des letztgenannten Verhältnisses erhält man eine besonders einfache Ausformung,
da der Körper als ein Paralleliped mit einem zylindrisch zirkularen Loch ausgeführt
werden kann.
-
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung so ausgebildet,
daß sich zwischen den federnden Teilen mit je einer planen und einer zylindrischen
Fläche ein oder mehrere federnde Teile mit den beiden Seiten, welche den zuerst
genannten federnden Teilen zugekehrt sind, als Zylinderflächen ausgeformt befinden
und daß alle diese federnden Teile nacheinander derart angeordnet sind, daß ihre
Mittelachsen in ein und derselben mit der Richtung der Meßkraft parallelen Achse
liegen.
-
Der steife Teil der Vorrichtung, welcher in seiner Lage fixiert ist,
kann dadurch fixiert sein, daß er an der inneren zylindrischen Fläche eines die
Vorrichtung umschließenden Zylinders mit seiner Längsachse in der Richtung der Meßkraft
befestigt ist.
-
In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele für die Kraftmeßeinrichtung
gemäß der Erfindung gezeigt.
-
F i g. 1 und 2 zeigen eine prinzipielle Ausführung des Meßkörpers
und F i g. 3 und 4 die in den federnden Teilen entstehende Verteilung der Momente
und der mechanischen Spannungen; F i g. 5, 6 und 7 zeigen drei andere prinzipielle
Ausführungsformen des Meßkörpers.
-
Eine komplette Konstruktion der Kraftmeßeinrichtung geht aus F i
g. 8 hervor.
-
Laut F i g. 1 besteht der Kraftmeßgeber aus einem Körper, bestehend
aus zwei federnden Teilen 1 und 2, deren eine Konturlinie plan und die andere eine
zirkulare Zylinderfläche ist. Die genannten Teile sind mit zwei steifen Teilen 3
und 4 in Verbindung, von welchen der eine, 3, an einer festen Unterlage 5 befestigt
ist. Die Kraft, welche gemessen werden soll, P, greift am Teil 4 in einer Richtung
an, die parallel zu der Längsachse der beiden steifen Teile 4, 5 ist.
-
Durch die Einwirkung der Meßkraft entstehen mechanische Spannungen
in den Teilen 1 und 2, welche mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen 6 gemessen werden.
Fig.2 zeigt einen Schnitt durch den Körper gemäß F i g. 1 bei 2-2, welches die Mitte
der federnden
Teile ist, wobei hervorgeht, daß zwei Geber 6 Seite
an Seite placiert sind. Fig.3 zeigt die durch die Meßkraft P entstehenden Momente
M in den federnden Teilen 1 und 2. Diese sind beim Schnitt 2-2 in F i g. 1 Null
und nehmen proportional mit dem Abstand von der Schnittlinie mit verschiedenen Richtungen
an den respektiven Seiten der Linie zu. Die Momente M geben Anlaß zu mechanischen
Spannungen a in den federnden Teilen, deren Variationen längs der oberen planen
Fläche aus F i g. 4 hervorgeht; a ist Null, wo M Null ist, und nimmt mit der Größe
der Momente und des Widerstandsmoments von 1 und 2 zu. Das letztere variiert mit
der Dicke und Breite der Teile, und weil die Dicke variiert, so ist die Spannung
in jedem Abschnitt von 1 und 2 verschieden. Um deren Mitte herum ist die Dicke verhältnismäßig
konstant, weshalb a hauptsächlich proportional zur Zunahme von M mit dem Abstand
von der Mitte zunimmt. Je größer der Abstand ist, desto mehr nimmt indessen die
Dicke zu, weshalb die Zunahme von o abnimmt, und an einer Stelle, wo die Dickenzunahme
überwiegt, vermindert sich statt dessen die Momentzunahme und nimmt bis zu einem
niedrigen We-t ab, welcher dem Widerstandsmoment der steifen Teile entspricht. Die
Geber 6 sind an den Teilen placiert, welche die größte mechanische Spannung und
damit Dehnung und damit einen solchen Umfang haben, daß deren Enden einer unbedeutenden
Dehnung ausgesetzt werden. Da M an der Mitte der Teile 1 und 2 die Richtung wechselt,
wechselt auch die entsprechende Spannung a die Richtung, wodurch z. B. die Oberseite
des linken Teiles von Teil 1 einem Zug in den Außenfasern und der rechte Teil einer
Kompression in den entsprechenden Fasern ausgesetzt wird. In den übrigen Flächen
der Teile 1 und 2 erhält man dieselben Spannungsvariationen, jedoch mit verschiedenen
Richtungen.
-
In der oberen Fläche des Teiles 2 erhält man also dieselben Richtungen,
wie in F i g. 4 gezeigt wird, während auf der Unterseite von 1 und der Oberseite
von Teil 2 entgegengesetzte Richtungen erhalten werden. Aus diesen Verhältnissen
geht hervor, daß sowohl Dehnung als auch Stauchung in einem federnden Teil gleichzeitig
erhalten werden, wodurch die Geber mit verschiedenen Vorzeichen von Widerstandsänderungen
nahe zueinander placiert werden können. Dieses Verhältnis ist vom Gesichtspunkt
der Temperaturkompensation wertvoll, da die Widerstandsänderungen in den Gebern
auf Grund von Temperaturverschiedenheiten bei variierender Temperatur der Unterlage
Anlaß zu Meßfehlern geben.
-
Wenn die Geber auf derselben Unterlage nahe aneinander placiert sind,
sind die Voraussetzungen für Temperaturverschiedenheiten minimal.
-
Fig. 5 und 6 zeigen einige andere Ausführungsbeispiele von Meßkörpern.
In diesem Fall hat das zylindrische Loch, welches die Dickenvariation der weichen
Teile längs ihrer Länge bestimmt, eine andere Geometrie als ein Kreis. Indem man
die Dicke von der Mitte der Teile mehr oder weniger kräftig zunehmen läßt, wird
die Variation der mechanischen Spannung längs der Länge der weichen Teile beeinfiußt.
Solche Ausführungsformen, welche aus den letztgenannten Figuren hervorgehen, gestatten
die Erreichung von für gewisse Gebertypen oder Kombinationen von Meßkräften und
Seitenkräften besonders geeignete Spannungsvariationen längs der Geber-
fläche, stellen
sich aber in der Regel in der Herstellung teurer als das kreisförmige Loch, wie
in F i g. 1 gezeigt wird.
-
F i g. 7 zeigt einen Meßkörper mit drei federnden Teilen", 8 und
9, welche Ausführung dadurch erreicht wird, daß zwei zylindrische Löcher nahe nebeneinander
mit so großem Abstand angebracht werden, daß ein federnder Teil 9 entsteht. Dadurch
wird die Steifheit des Körpers erhöht, so daß eine größere Meßlast angesetzt werden
kann, als das bei einem Körper mit ungefähr denselben Abmessungen, jedoch mit nur
zwei federnden Teilen der Fall ist, wenn dieselbe Dehnungsgröße und dieselbe Dehnungsverteilung
vorausgesetzt wird. Wird ein solcher Körper von Seitenkräften angegriffen, so beeinflussen
diese den Teil 9 in geringerem Ausmaß als die Teile 7 und 8. Aus diesem Grunde sollen
die Dehnungsmeßstreifen in erster Linie auf Teil 9 placiert werden, alternativ jedoch
auf den planen Teilen von 7 und 9, wie in F i g. 7 gezeigt wird.
-
F i g. 8 zeigt den Kraftgeber in einem Gehäuse eingefaßt, welches
aufgeschlitzt ist, so daß dessen Konstruktion hervorgeht. Der Meßkörper 10 hat eine
Ausführung mit kreisförmigem zylindrischem Loch wie in F i g. 1. Der eine steife
Teil des Körpers ist mittels dreier Schrauben 11 in dem in der Figur aufgeschnittenen
Gehäuse 12 oder mittels Schweißen oder Hartlöten befestigt. Das Gehäuse hat die
Form eines dickwandigen, kurzen Rohres, das mit Schrauben an der Fundamentplatte
13 festgehalten wird, die in der Figur nicht gezeigt werden. Die Meßkraft P wird
über einen Zapfen 14, welcher bei 10 durch Einschrauben in das Material bis zum
Ansatz 15 am Zapfen fest verbunden und außerdem mittels eines durch den MeßkörperlO
und den Zapfen 14 eingetriebenen Sicherungsstiftes, der in der Figur nicht gezeigt
wird, gesperrt ist, in den Meßkörper eingeführt. Zwischen dem Ansatz 15 und der
Scheibe oder Mutter 16 wird eine Membran 17 festgeklemmt, welche aus Metall oder
Kunststoff besteht und so flexibel ist, daß sie für die Deformationen, denen sie
ausgesetzt wird, wenn der Meßkörper 10 und P deformiert wird, eine unbedeutende
Kraft aufnimmt.
-
Die Scheibe oder Mutter 16 ist entweder geschweißt, gelötet oder auf
den Zapfen 14 aufgeschraubt. Die Membran 17 ist längs ihres Umfangs durch Löten
oder Kleben an dem Gehäuse 12 befestigt. Auf dem Meßkörper 10 ist im \7erhältnis
zur Gegenseite des Zapfens 14 ein kürzerer Zapfen 18 eingedreht, welcher an einer
Membran 19 befestigt ist, die dieselben Abmessungen hat und aus demselben Material
wie die Membran 17 und ebenfalls längs ihres Umfangs am Gehäuse 12 befestigt ist.
Ein Teil der Membran 19 ist in der Figur weggelassen. In der Figur werden Dehnungsmeßstreifen
20 gezeigt, welche auf der Oberseite des Meßkörpers 10 an den Stellen befestigt
sind, wo die federnden Teile die größte Dehnung erhalten.
-
Zusammen mit zwei weiteren Gebern, welche auf der Unterseite des
Körpers 10 placiert und deshalb in der Figur nicht sichtbar sind, sind die Geber
20 zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet, zu welcher die Anschlußleitungen
durch das Gehäuse 12 mittels einer dichtenden Durchführung eingeführt werden. Die
Fundamentplatte 13, welche eine rechteckige Form hat, hat vier Befestigungslöcher
21 und ist mit einem ringförmigen Ansatz 22 versehen, welcher teils als Steuerung
für das Gehäuse 12 und
teils zum Festklemmen der Membran 19 an dem
Gehäuse 12 dient, so daß man eine gewisse Distanz zwischen der Membran 19 und Platte
13 erhält. Mit den zwei Membranen 17 und 19 kann das Innere des Kraftgebers von
der Umgebung ganz abgedichtet werden, weshalb das beim Verschließen im Innern vorhandene
Luftvolumen konstant eingeschlossen wird. Andert sich die Temperatur des Kraftgebers,
so führt dies einen geänderten Druck in dem eingeschlossenen Luftvolumen gegenüber
dem Luftdruck der Umgebung mit sich. Dabei gibt dieser Druckunterschied Anlaß zu
Kräften auf den Membranen 17 und 19, welche Kräfte auf den Meßkörper 10 übergeführt
werden. Sind jedoch die Membranen 17 und 19 gleich groß, dann balancieren die entstandenen
Kräfte einander aus, weshalb eine Resuftierende mit derselben Richtung wie von der
Meßkraft P nicht entsteht. Dasselbe Verhältnis entsteht, wenn die Temperatur konstant
ist, jedoch statt dessen der äußere Luftdruck variiert. Der Kraftmeßgeber ist also
für solche Variationen in Temperatur und Druck der Umgebung trotz seiner vollständigen
Kapselung unempfindlich. Für Kraftgeber mit Meßbereichen der Größenordnung 0 + 100
kg und weniger ist ein mechanischer Oberlastungsschutz besonders wertvoll. Bei der
Ausführung des Kraftgebers laut F i g. 8 kann ein solcher leicht angebracht werden.
Wenn ein Zapfen von der rechten Seite des Gehäuses 12 in der Figur in ein im Verhältnis
zum Durchmesser des Zapfens größeres Loch in der Mitte der rechten Seite des Meßkörpers
10 eingeführt wird, erhält man auf Grund der Meßkraft P eine Begrenzung der Deformation
des Meßkörpers 10.
-
Innerhalb eines gewissen Kraftgebietes kann der Körper 10 frei vom
Zapfen deformiert werden, wobei die Kraft via die weichen Teile zum Gehäuse 12 übergeführt
wird. Nimmt jedoch die Kraft P über dieses Gebiet hinaus zu, dann kommt der Meßkörper
10 mit dem Zapfen in Verbindung, wobei die Kraft über den Zapfen direkt zum Gehäuse
übergeführt wird, ohne daß die weichen Teile weiter belastet werden. Es wird dabei
vorausgesetzt, daß der genannte Zapfen an dem Gehäuse fixiert ist. Die beschriebene
Art der Abdichtung und der Überlastungsschutz bilden jedoch keinen Teil der Erfindung.
-
Außer den gezeigten Ausführungsformen des Kraftgebers enthält die
Erfindung andere. So können z. B. mehrere Meßkörper untereinander zusammengekuppelt
werden, wie es der Fall wäre, wenn in Ausführung laut F i g. 7 dieser Körper in
der Mitte durch den weichen Teil 9 geteilt werden und nur die steifen Teile vereint
sein würden.