DE1573896A1 - Belastungsmessvorrichtung - Google Patents

Description

DR. F. ZUMSTEIN - DR. E. ASSMANN DR. R. KOENIQSBEROER - DIPL-PHYS. R. HOLZBAUER

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BANKHAUS H. AUFHÄUSER

TOIiEDE SOALS C OR PORA TI OH, Ohio, U/J.A.

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BelaetungssieBvorriohtung

Die Erfindung betrifft eine KreftmeBeinrichtung und ioebe-BOaderβ eine Belaetungsselle, die eine Einrichtung beeitst, die auf die Belaetung anspricht, nie etwa ein iBpedaiusdehnungs-Besser ,. üb eine aufgebrachte fieXaetung in Einheiten der durch die Belaetung erzeugten Deformation su beatinoen.

Die Erfindung bezweckt, eine verbeeeerte Belaetunjsaelle nit eine» geringen Volumen cew. einer niedrigen Kapasltät ansugeben (2.B. 0,4 - 5 kg< 1- 10 pounds)).

Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Belaetungszelle ansugeben, die keinen Druckausgleich benötigt, die eine verein*» fachte Einrichtung sub Abdichten der Zelle gegen Wasser und

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Staub besitzt» die eine verbesserte UberbelaBtungsbegrensungeeinriohtung besitzt, die in allen aögliohen Belastungerlchtun* gen betätigbar ist, und eine verbesserte stab- bzw. balkenförmige_tKrifte anaeigende Vorrichtung vorzusehen, die nicht durch außerhalb des Zentrums angreifende Belastungen betätigt, bisw. beeinträchtigt wird«

Bine Ausführungafoni gemäß der Erfindung, die die Duiohführung dieeer Ziele ermöglicht, ist eine Belaetungezelle mit einem Gehäuse, das einen Hohlraum bildet, mit drei Biegebalken, die in der allgemeinen Biegeriohtung der Balken ie Abstand voneinander angeordnet sind, adLt einer Grundplatte, die in dan Hohlraue aufgenommen wird, um daran ein Ende jedes der Balken feet au befestigen, während die anderen Balkenenden sich frei bewegen können, nit einer Verbindungseinriobtungt die innere und äußere gegenüberliegende Seiten bealtat, toi die beweglichen Enden der Balken durch ihre Innenseite fest ■it einander au verbinden, »it einer Vorrichtung »irr Aufnähe« der Belastung, us. die zu βθBeenden Kräfte aufsunehsen, die in der Biegeriohtung der Balken aufgegeben werden, Ai* fast alt dieser Außenseite verbundan ist, und nit einer auf die Belastung ansprechenden Einrichtung, die auf den Mittelbalken au einer Oberfläche befestigt iet, die unter de« Einfluß dar auf dia Bel*8tungBaufnaheevr*rriohtung aufgegebenen Kräfte einer Biegebeanspruchung aoagaaakt wird·

Dia Balken, lie Grundplatte und die Verbindungaeinrichtung

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werden atm einen eineigen MetalletUck gefertigt· Die drei Balken eind identieoh, wobei die au8treu beiden» die «1« ein Parallelogranmhebeleyaten wirken« X(Ir die notwendigen Krfifte eorgen, un einer angelegten Drehkraft entgegen su wirken. Der Mitteibelken wirkt auf der neutralen Achse, oodaJ er la wesentlichen unempfindlich gegenüber angelegten Drehkräften ist. Bine Deforaation bsw. Dehnung wird in den Mittelbalken durch Belastungen auf der die Belastung aufnehmenden Einrichtung erseugt» die Belaatungakräfte hervorrufen, die in Komponenten eenkreoht und parallel su da« Mittelbalken aufgeepalten werden können. Diejenigen Kraft« komponenten, die parallel iu der Aohee dea Mittelbalkene eind, eraeugen gleiohe ToTiiänderungen In allen auf die Belaatung anejnreohenden Einrichtungen ( DebniuigaaeaaenOniid bo wird durch ale kein Auegang bsw« keine A&Beif· erhalten· Deeentepieohend iet dl· Torrlohtung für alle praktiaoheB •weake, lediglich gegenüber den aenkreoht wirkenden KrHften •■pfindlioh. Der Balken weiet ein groBee tragheitamoeent gegenüber Seitenkräftem auf und die DahnnngsMeaeer aind Mitrlaoh ao auf de« Mittelbalken angeordnet» daß ale ao geeehaltet werden können, daß durch Seltenbalaatungen kein Auagang bsw· keine Anseige erhalten wird.

Da die Belaetungeseile uneepfiaaiich gegen axiale Kräfte iet, wirft keine Druekkoapenaatloa benötigt. DIa Btlaatungaaellt ist gegen Waeaer und Staub alt Hilfe einee federnden Qliedee

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abgedichtet, das mit dem Gehäuse und mit der Verblndungseinrlohtung an Punkten verbunden let» die in einer oder mehreren Ebenen enthalten; . sind, die la alleemeinen senkrecht auf dem Balken stehen. Die resultierende Iraft die auf Veränderungen des Luftdruckes «wischen den Innen- und Außenseiten der Abdichtvorriehtung beruht» ist im allgemeinen senkrecht en den Kräften, die durch die Belaetungesells aageseigt werden.

Die Bewegung der Balken wird duroh den Singriff der Verbind ungaeinriohtung mit dem Gehäuse begrenst. Hierdurch wird eine Überbelaatuttgaarretierung baw. Jeegreoeung in allen aögllohen elaatungarlohtungen vorgesehen.

Im folgenden eoll die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten voreugsweiaen AuafUhrungsform näher erläutert werden» in den

Fig. 1 eine issmstrisofasAneloht einer Belaetungeselle iett Fig. 2 ist eine auseinandergeBOgene Ansicht der Belastunga-

selle; und

Fig. 3 ist eine Vorderansioht der Belastung·selie«

Der feil der Federungsgegenkraft der Belaetungeselle umfaßt 3 Biegebalken 10» 11, 12» die in der Blegeriohttmg der Balken im Abstand voneinander und parallel ineinander engeordnet sind» wobei die äußeren beiden Balken 10 und 12 4t η gleiohsn Abstand von dem Hittelbalken 11 bee it sen. Ein Ende jedes

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BaUena 10 bis 12 ist fest auf einer Chrundplatte 13 montiert, während die äußeren Balkenenden frei beweglich sind. Di· Verbindungaeinriohtung 14» die einender gegenüberliegende Innen- and Außenseiten 15» 16 beeitet» Terbindet durch die Innen« eeite 15 die beweglichen Enden der Beiken feet mit«inender. Sie Beiken» Grundplatte und Terbindungeeinriohtung eind aue einem einsigen Metalletüok gefertigt. Die drei Beiken 10 bie 12 eind miteinander identieoh, wobei der obere und untere Balken 10 und 12 verh&ltnisaä8ig dünn eind, sodad aie leicht gebogen werden können, jedooh Ttrhältniemäßig breit sind, eo daS eie sieh niobt beträchtlich etreoken BUeSeAt bsw. auedehnen· Der Hittelbalken 11 seigt lediglich die Yersohiebung dee Punkte β A(Hg. 3) lueätilioh jm irgendeiner Drehung dee Funktee A an» die eine Funktion der Strtokeng 4er äußeren Balken und dee Abatandee swiaohen den Unteren Balken ist, wobei der Punkt A in der neutralen Aohee dee mttelbalkene Hegt« Bm der Mittelbelken auf der neutralen Aohee wirkt» let er im wesentlichen unempfindlich gegen aufgebrachte bsw. angelegte Drehkräfte· Bie UuSeren Balken 10 UBi 12 wirken als ein Farallelogrammhebelsystem» durch dee die notwendigen Kräfte hervorgebracht werden» um den aufgebrachten BrehkrUften entgegen iu wirken· Elektrische Xmpedan»- dehnungseinriohtungen» Torsugeweiee MeBTorriontungen 17 in der Form τοη Terbundenen elektrisohen v/ideretendedrähten, sind Torsugsweiee sowohl auf den Ubter- als auf den Oberflieaen iss «ittelbalkene 11 befestigt» (wobei 2 Meßvorrichtungen

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auf der Oberaeite und 2 Meßvorrichtungen auf der Untersei t« befestigt sind t τοπ denen jedoch nor 3 Me8vorriohtangea in Wg.2 gegeigt eind). Se iet bekannt₍ die Änderung dee elektrleohen lidexetendee τοη Dehnen« aaeeaern in Abhängigkeit τοη einer gegebenen aufgebrachten Belaatuag alt Hilfe irgend-

einee geeigneten elektrlaohen äelkreieea, «ie etwa einer HieatetoneTSxtteke «α aeaeen· Die Dehniuigeaeaeer einl auf eine Belaetung ansprechende Einrichtungen, die auf eine* der Balken eof einer Oberflüche befeetigt werden, die eater de« SinfluS -von Kräften einer Biegebeanapruohung aoegeaetst wird. Jede geeignete angeredaablige Zahl von BiegebaXken₉ bei denen die ftuSeren Beiken eyaaetrieon in Ba eng auf die Aonee dee Hittelbalkene angeordnet elnd, kann verwandt werden· Ibenso kann jede geeignete tat Belaetung anapxeohende Binriohtung verwandt werden, wie etwa oaTerbundeoe Benmmge· aeaäer, wobei dieae aaf ein· Belaetong anapreohende Sinriektang la Betrieeaaoatand alt dea Kittelbalken aaatelle der Terbendeoea SahDangaaeaaer verbanden let*

IU eeHMnee 18« am dea eine Öffnung 19 aeagebHdet iat, die Drähte (niokt geaelgt) von den Sekaua^aaeaeern 17 aufniaact, die Bloh durob ein Leon 20 in einer Innenwand 21 dee eeMuaea 18 exatreoken, bildet einen Hohlraua 22, der die Balken 10 -12, die Orandplatte 13 uai die fe^iaaaagaeinylantang baw. Texblkdangakleaae 14 aufalaat. We Hralrte in der Öffnung 19 werden alt daa oben genannten geeigneten elektrieohen Bei— krele dureh Drähte ( nioht geneigt) verbanden« die eioh dnxofc

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ein Loch 23 in dea Gehäuse 18 erstrecken· Bine Abdeckung ( nicht geseigt) dient dasu, die Öffnung 19 au Tereohliegea, wodurch ait den Händen der Öffnung 19 eine Absahlu8BUffc bsw. lebelendYerochluQ gebildet wird, wobei die Abdeckung Bit Hilfe Ton Schrauben befestigt wird, die in Gewindebohrungen aufgenoaaen werden. Di· eewindebotmegen 29 f lediglieh »la» geseigt) nehaen Sohranben ( nicht geaeigt) auf» die daeu dienen, den Boden de« Gehäuse· 16 an irgendeinem geeigneten Träger oder Grundplatt· sa befestigen«

Die Grundplatte 13 beeltst eine Schalter 26» die, wenn die Busaeaenhängend ausgebildete Grundplatt« 13» die Balken 10 -12 und die Terblndungeeinriohtung bsw. YerbindtmjekleaM 14 in dea Gehäuse 18 angeordnet werden, auf eine« Anschlag bow. Auflager 27 in dem Oehäueehohlrau«/22 aufeitrt, wobei die Grundplatte 13 ftit einer Preeepaeeung eingepaJt wird und •odann üb ihre AuOenkante hertai TerlOtet wird, um ein Bnde de· GehMueehohlrauae 22 abeudiohten. Der Uefaog der Ver bindungeeinriohtung 14 ist geringer als der der Grundplatte 13t wodurch ein 8pelt 28 geeohaffen wird· Sie Bewegung der Balken 10-12 wird durch den Üngriff bsw · Anschlag der Yerblndunj·- einriohtong 14 Bit bsw· an dea Qehäus· 18 faegreast_v sobald der Spalt 28 geschlossen wird. Hierduroh wird eise Obertelaatungeperreinrichtung geschaffen» die in eilen BUgliahen Belastungerichtungen betätigbar ist· Durch eine lot 29 in der Terbindungaeinriohtung 14 ist eise Öffnung für die Drähte -vorgesehen, die während des ZuaaBBenbauea Bit den

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Dehnungaaeeeern 17 verbunden eind· lach des 2ueaaaenbau hat die Vat 29 keine Funktion·

Sie Verbindungeeinriohtung H dient gleiohfalle dasu_v eine Belaetunfiaaufnahmeeinrlohtang 30 alt den Balken .10 bis 12 SU verbinden! wobei die BelaetungeaufnahaeTorriohtung 30 die Jora einee liegenden L beaitet, von den ein Schenkel alt Η-ΊΙίβ einer unterlageoheibe 31 und einer Schraube 32 feet alt der AuBenaeite 16 der Terbindungaeinriohtung 14 verbunden ist und wobei der andere Schenkel ale eine laetaufnahmeplatte sur Aufnahm der su neesenden Kräfte auegebildet ist. Die Vorrichtung aar Aufnahme der Xaat baw· Belastung kann co angeordnet eein₍ daß aie sich nach innen eratreokt, wie ee geaeigt let, oder eie kano ungedreht werden, ao daö aie eiob naoh au8en eratreokt, oder, aie kann ua 180° gedreht werden, eodaS eie unterhalb der Auflage der BelaatungaMlla liegt. Per MlttelbaUcen 11 beetiaut eine in LBngarlohtuiig ■ich eratreokende neutrale Aobee und die Btlaetun^eaufnahae '-Vorrichtung 30 iat ait der Au8eneeite 16 der Verbioflongeeinrichtung 14 auf der neutralen Achse aua Oj—■trlagrttnden verbunien· Sa let jedoch nicht notwendig, daß die Belaatunga» a of nahe* vorrichtung 30 Bit der neutralen Aohae terboodtn bew. •a ier neutrales fcoheefefeetlgt let· Se wurde featgeetellt« dae eine gegebene Belaetüng auf ein«.beliebigen Punkt auf der Bt laatungeaufnähme vorrichtung 30 aufgelegt baw. aufgegeben warden.kann, ohne die Anseige baw. den Aueganga der.Balaatunga-

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Belle aufgrund des Parallolograaahebelsyeteas au νorändern, do h. die Baleetungszelle wird nicht durch eine Belastung außerhalb des Mittelpunktes beeinflußt, da der obere und de» untere Balken die Drehung baw. Drehkraft aufnehmen.

BLn Merkaal der Belastungsselle besteht darin» da8 keine Sruokkonpensation benötigt wird, «ie «01. B. in der Beschreibung der TJ.S-Patenteohrift 3 136 157 der VaIl ist« Der Grund hierfür besteht darin* daB die Belastungssalle uneapfindlich gegen axiale Kräfte ist. Bin Auf- oder Hiedtrbiegen des Xittelbalkens 11 unter den su Messenden Belastung··» kräften bringt den ifeBkxeis ( a. B. eine Wheatetone'sohe Brtloke) in der gewöhnlichen Art und Weise aus der Gleichgewichtslage heraus. Axiale Kräfte bringen die Brücke jedooh nicht aus dea Gleichgewicht, s· B. bewirkt ein Druck, der nach innen auf den senkrechten Schenkel der I-föraigtn BelaetUMgeeufnahmevorrlohtung 30 geriohtet ist* daB auf alle 4 Behnuneeseeser eine gleiche Xoeipreeeion ausgeübt wird· Auf diese feie· iat die Belaatungsselle soweit wie es bisher beschrieben wurdeybetriebefähig· Wenn Jedoch ein Eindringen Ton Wasser oder Staub verhindert werden soll, so aüseen Abdickt-» einrichtungen sum Tersohlie&eii des HohlraoBs 22 vorgesehen werden.

Bi# Abdiohtelnriehtung besteht aua eine« federnden .fleariblen Diapfarmgaa 3% das en dem Gehäuse 18 befestigt ist und die

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Außenseite 16 der ?erbindangssinrlohtuiig 14 umsohlieBt, die rand iet and eich dureh dee Diaphragma 33 hinduioh nach aasen erstreckt, üb die Belaatungaaufaahftevorrichtiiiig 30 hieran stt befestigen. De· Diaphragm 33 ist halbkreisförmig ia Querschnitt, wie te aaa Fig. 3 au treehen lst₉ ao dag ea seine fora und seine Federkonstant· bei Veränderungen des äußeren und Inneren Luftdruckes aufgrund von Teepereturäoderungen beibehält. Anetella dee Diaphragma» 33 kann ein Balg biw. eine Druckdose in den Fall verwandt werden,in de* die DruokSnderungen nicht groß genug Bind, um beträchtliche federkonstantenündexungen hervorzubringen. Ein dünner flacher Ouani oder ähnliche Scheibe bsw* Lanelle kam anstelle des Blaphrasvaa glelohfalle verwandt werden, wobei die Scheibe bsw· Laaelle Bit des Oehäuae 18 und der ?erbindungaeinrichtung 14 verklebt baw» verbunden wird. Die resultierende Kraft» die auf Änderungen des Luftdruckes ^wischen der inneren und der attSeren Seite dee Diaphragaae 33 beruht, ist ia allgeaeinen senkrecht sn Aen Irüften gerichtet, die durch die Belaatungeselle angeaeigt werden· Dee Diaphxagne 33 }st Bit atm öehäuse 18 und der Tarbindun^aeinrlohtung 14 an Punkten verbunden, die in einer Sbena enthalten elnd, die ia ellgeaeimen parallel au der Richtung der Kräfte liegt, die durch die Bftlastungaselle angeaeigt bsw. geaeesea werden» Mae ist i» Segenaata au den Siaphragoen, die in am Beetthrelbung der 9*8.-Patentschrift 3 136 157 beaehrieban sind, bei der beide Bruokauagleiohediaphragaen senkrecht ssu der Hlohtuag der

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sind, die durch die 2eXle angezeigt werden· Se ist jedooh nioht notwendig, daß¹ die Verbindung punkte alt de» Oehänae und die Yerblndungeptinkte alt der Yerbinduaßaeinrichtung 14 in derselben Ebene liegen. Jedoch sollt· die federnde Abdiohtangetinxlehttuig stm YerecmieQtn. dee Hohlräume «it den Oehäuae und der Yerbindungeeinriohtong 14 en Punkten ▼erbunden eein, die in einer oder Mehreren Ibenen liegen» die la allgeneinen parallel »u der Hiohtung der Kräfte sind, die durch die Beleetunge«elle ang«ieigt «erden·

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Claims (1)

1. Patafttaneprüohe

   1· Beleatungeselle» gekennzeichnet durch einen Biegebalken (10,11,12), eine Grundplatte (13), um ein Bode dieaea Balkens feet su haltern» während das andere fialkenende (bei 14) eiohfrei bewegen kanu, durch eine Verbindnngeeinrlohtang (14)· die einander gegenüberliegende Innen- und Außenseiten (15»16) beaitst» im dae bewegliche Balkenende dureu die Innenseite (15) feat nlteinunder bu verbinden, durch eine Belaetungeaufnttbmevorriehtung (30), ob die Krilfte aufeunehmen» die gemessen werden aollen, die feet nit der Außenseite (16) verbanden let, und dnroh auf die Belastung ansprechende Einrichtungen (17)j die wirkaaa alt dieeea Balken rerbunden dLnd·

   2· fielaatungeaelle nach Anaprnoh 1» gekennaeicbnet duxoh ■abrere Balken« die aioh ia weeentliohen in eine« parallelen Abstand sueinander erstrecken·

   9· Belaatangaselle nach Anspruch 1, gekennselohftet doroh eine ungeradiahllge Zahl von Biegebalken ait Hageren Balken (10, 12) f die eyanetrieoh la Abstand in Besag auf die Aohae einea Mittelbalkene (11) angeordnet sind, wobei diese mat eine Belastung ansprechende Einrichtungen (17) auf dem Mittelbalken (11) auf einer Oberfläche befestigt sind, die unter dem SinfloS Ton Kräften, die auf die BeIaβtangsaufnahasTor-

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   richtungen ('J)) ge geben werden, einer Biegebeanspruohung ausgesetst worden.

   4· Belastungsselle nach Anspruch 3, dadurch gekenngeiohnst, deO der Hittelbalken (11) eine sich la XKngs richtung erstreckend· neutrale Achse beatlnat und dafl die die Belastung aufnehmende Vorrichtung (30) «it der Außenseite (16) auf dieser neutralen Achse verbunden ist*

   5· Belaatungaaelle nach einen der Ansprüche 1 - 4 » gekennseiohnrt durch eine federnde Abdiohteinrichtung (33), die eloh awiachen eine« Oehäus· (18) und der Terbindungseinriohtung (14) erstreckt» um einen GehKusehohlratui (22) sä TeraohlieBen, in de« dieser Balken enthalten 1st·

   6, Belastungsselle nach Anspruch 5» dadurch gekcnnceiohnet» daß die Bewegung des Balkens durch den Anschlag der Terblndungseinrlohtung (14) alt de« Gehäuse (18) begrenzt wird.

   7· Belaetungeaelle naoh Anspruch 5, dadaroh gskenn-■elohnet, daß die auf den Veränderungen des Luftdrucks svlaohea der Innen« and der AuOenseite der Abdlohteinrlohtung (33) beruhend· resultierende Xraft im allgemeinen senkrecht an den Kräften gerichtet 1st, auf die die Belaetungasella anspricht.

   8. Belaafcuflgaaallo, naoh Anspruch δ, daduroh gekenn-

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   Belehnet, daß die federnde Einrichtung (33) nit den Gehäuse (18) and der Verbindungeeinrichtung (14) an funkten verbunden ist, die in einer oder sehreren Bboneη liegen» die in allgemeinen parallel su den Kräften sind, auf die dl· Belaetungeselle anspricht» tut den Bohlraun (22) au verschließen·

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