DE1648375A1

DE1648375A1 - Kraftmessvorrichtung

Info

Publication number: DE1648375A1
Application number: DE19671648375
Authority: DE
Inventors: Eric Laimins
Original assignee: BLH Electronics Inc
Current assignee: BLH Electronics Inc
Priority date: 1966-10-17
Filing date: 1967-07-26
Publication date: 1972-02-24
Also published as: NL148706B; GB1196305A; NL6711827A; SE330447B; SE330447C; US3439761A

Description

42 Fourth Avenue, Waltham, Massachusetts / USA

und

401 North Wabash Avenue, Chicago, Illinois / USA

Kraftme s s vorri chtung

Die Erfindung betrifft die Präzisionsmessung von Kräften mit Hilfe von geeichten, parallel verbundenen Bauteilen und insbesondere billig und kompakt konstruierte elektrische Iormänderungsmessanordnungen, bei denen mechanisch parallel gehaltene Bauteile so geeicht sind, dass sie als genaue Kraftfühler in einer besonders zusammenwirkenden Anordnung wirken, die elektrische Ausgangssignale erzeugt, die von unerwünschten G-rÖssen und von Störungen sehr gut getrennt sind, die bei Schwankungen der Stellungen der Belastungskräfte auftreten.

Schw/mi

Es

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Es ist bereits seit langem "bekannt, elastische Formänderungen, die sich aus durch eine Belastung hervorgerufene Spannungen in Teilen wie etwa Balken, Säulen, Membranen und dgl. ergeben, unter Verwendung von elektrischen Dehnungsmessern zu messen, die die auftretenden Formänderungen in geeignet in Beziehung stehende Schwankungen elektrischer Impedanzen umwandeln. Draht-, Folien- und Halbleiterdehnungsmesser finden bei solchen Wandlern eine weit verbreitete Anwendung, und sie eignen sich selbst zur Herstellung höchst miniaturisierter Formen, die auf kleinen Fläche'nbereichen solcher Fühlelemente angebracht werden können. Üblicherweise sind die Wandler als in sich selbst abgeschlossene Vorrichtungen entworfen und aufgebaut, die die Anforderungen einer Vielzahl von Einbaumöglichkeiten befriedigen, und sie besitzen im allgemeinen die Neigung, nur dann exakt anzusprechen, wenn die angewendete Belastung sorgfältig längs einer vorbestimmten Achse ausgerichtet iat. Bei kleinen Anordnungen werden zur Unterdrückung unerwünschter seitlicher Verformungen oft Hilfsmembranen verwendet, und bei grosseren Anordnungen wie etwa bei denen von schweren Plattformen und dgl. kann ein Widerstand gegen möglicherweise auftretende störende Seitenkräfte durch starke aber ein wenig elastische Bauteile erzeugt werden, die manchmal als Biegestangen oder als Stützstangen bezeichnet werden können. In beiden Anordnungen werden die lastelemente oder Wandler parallel zu den

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biegsamen Führungsvorrichtungen gelegt. Aus diesem zuletzt erwähnten Grund werden die kritischen Federeigenscliaften der kühleinrichtung durch die Federeigenschaften der parallel angebrachten Biegeteile verändert, so dass die Genauigkeit und die Linearität der Messung durch irgendein fehlerhaftes oder nicht lineares Verhalten dieser Biegeteile schwerwiegend beeinträchtigt werden. Entsprechend gewissen Gesichtspunkten der "vorliegenden Lehre erzeugen spezielle parallelogramir.artige Messwar "ler bei der Behandlung und Auswertung von schweren oder relativ leichten Lasten von sich aus eine mechanische Stützung "and Stabilität, se dass die bei der i.Iesaung wirksamen Biegeeigeiischafteii einsig und allein die Biegeeigenschaften der ".Vandler sind und dass Kein Bedarf niehr für zusätzliche Führungen oder Stützen ceyteht. Jeder der Wandler besieht aus zwei relativ steifen, parallel übereinander befestigten elastischen Balken, die im allgemeinen CiUer zur Eichtung der zu erwartend-312 Belastung angebracht sind. Die Endverbindungen der Baiken sind dabei starr und unbiegsam an einer stationären Halterung bzw. an dem relativ beweglichen Lasttragaufbau befestigt. Der Aufbau und die Befestigung des '»'/andlers begrenzen den Lasttragaufbau auf eine Iicchst vorteilhafte, im wesentlichen lineare Bewegung, und es hat sieh herausgestellt, dass die an ausgewählten Flächen durchgeführten PormänderiaigsfUr eine iir. wesentlichen reine Querkraft kenn-

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zeichnend sind, wenn andere Effekte durch einen besonderen Brückenschaltungsabgleich ausgeschlossen werden. Auch Lasten, die. dynamisch Seitenbewegungen durchführen und nicht zentriert sind odär von Förderbändern verursachte Seitenkräfte aufweisen, können trotzdem durch die zugehörige Schaltung für die Dehnungsmesser exakt gemessen "/erden.

Demnach ist es ein Ziel der Erfindung, ein neuartiges und verbessertes Wandlergerät zur wirksamen und vorteilhaften Unterstützung und Messung von Lasten zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, höchst präzise Formänderungsmesswandler zu schaffen, die mit einem vernachlässigbaren Fehler, der der Plazierung der Kräfte innerhalb eines grossen Bereichs auftritt, und mit beträchtlicher Unempfindlichkeit gegen Einflüsse seitlicher Bewegungen einer Last oder eines Lastförderbandes im wesentlichen auf Kräfte in einer Richtung ansprechen.

Ein Ziel der Erfindung ist es auch, verbesserte Kraftwandler mit einer billigen Parallelbalkenkonstruktion zu schaffen, bei der starre Endverbindungen und besondere Befestigungen paralleler, elastischer Balken kraftabhängige Oberflächenformänderungen hervorrufen, die zusammengenommen unabhängig von den Stellungen der angelegten

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Kräfte ein Kennzeichen für die Grossen dieser Kräfte sind.

Es ist auch ein Ziel der Erfindung, neuartige und vorteilhafte, billige und kompakte parallelogrammartige Bauteile zu schaffen, die sowohl zum Halten und zum Messen dienen und sich im wesentlichen linear verbiegen.

Noch ein Ziel der Erfindung ist es, Plattformwaagen einschliesslich Waagen zu schaffen, die so ausgelegt sind, dass sie in ein Lastfördersystem eingebaut werden können, bei dem besondere parallelogrammartige Stützen die Ladeplattform so tragen, dass sie im wesentlichen linear ausgelenkt werden und von einer iOrmänderungsmessbrückenschaltung gelieferte exakte Messwerte einer Last erzeugen, die bewegt ist oder irgendeine Stelle auf der Plattform einnimmt.

In einem kurz zusammengefassten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt unter einem horizontalen Lastförderband eine Waageplatte, die in bezug auf eine ortsfeste Basis durch zwei voneinander entfernt liegende Paare von Auslegerbeilen zentral angebracht ist. Jedes der Auslegerteile besitzt parallele, übereinander angebrachte, horizontale Balkenteile, die so bemessen sind und aus einem solchen Material bestehen, dass unter Belastung gewisse

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— D —

Auslenkungen zugelassen werden. Die vertikal voneinander entfernten Enden dieser Auslegerteile 3ind einstückig mit relativ starren und nioht biegsamen Endabschnitten verbunden, so dass ein offener Parallelogrammaufbau mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Seiten entsteht, bei dem nur die zwei horizontal gegenüberliegenden Seiten leicht verformbar sind. Zwei dieser Auslegerteile sind an horizontal voneinander entfernt liegenden Abschnitten einstückig Ende an Ende so miteinander verbunden, dass ihre Verbindungspunkte 3tarr an der Unterseite der Platte und ihre Aussenenden starr an der ortsfesten Basis befestigt sind. Elektrische Widerstandsdehnungsmesser sind an ausgewählte Flächen wenigstens eines Auslegerteils, in einem typischen Fall jeweils eine längs der Aussenseite und dicht bei den Enden des horizontalen Balkenteils, angefügt. Diese Dehnungsmesser sind zu einer Brückenschaltung zusammengesehaltet, die die Kompensation eines unerwünschten Ansprechens auf Oberflächenformänderungen bewirkt, die längs jedes der zwei Balkenteile im gleichen Sinn auftreten. Jedes der mit Dehnungsmessern versehenen Auslegerteile wirkt auf diese Weise als reiner Querkraftfühler, wodurch es unempfindlich gegen spezielle laststellungen oder seitliche, durch das Förderband erzeugte Zugbelastungskräfte bleibt. Darüberhinaus ist die Waageplatte stabil aufgehängt, so dass sie vertikal ausgelenkt werden kann, ohne dass sie eine Freiheit für eine

Seitenbewegung besitzt. _AL

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BAD

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dariaa zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Plattenwaagenteils eines förderbandartigen Lasttragsystems,

Pig, 2 eine Seitenansicht einer Anordnung wie in Pig. 1 zusammen mit Lasten,

Pig. 3 einen parallelogrammartigen Y/andler mit starrem Ende und Doppelauslegerarm sowie seine Verformungen unter Belastung,

Pig. 4 Brückenschaltungsverbindungen, die die mit der Pormänderung in Beziehung stehenden Ausgangssignale der Dehnungsmesser liefern, die mit dem Wandler von Fig. 3 verbunden ist,

Pig. 5 eine Doppelauslegeraufhängung, die für eine ■behälterartige Last ausgelegt ist,

Fig. 6 eine Querschnittansicht von endweise miteinander verbundenen, balkenartigen Bauteilen, die für Ergebnisgrössen ausgelegt sind, die infolge von exzentrischen Belastungen auftretende Pehler unterdrücken,

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BAD ORiGtNM,

— ο —

Pig. 7 die Brückenschaltungsanordnung für die Dehnungsmesser nach Pig. 6,

Pig. 8 eine Schnittansicht eines innen mit Dehnungsmessern versehenen kraftempfindlichen Doppelauslegeraufbaus, bei dem gestrichelte Linien die kreisförmige Anordnung des Aufbaus kennzeichnen,

Pig. 9 eine Draufsicht auf eine plattformartige Waagenanordnung, bei der ein zweifaches Wandlerpaar verwendet ist, wobei Teile der Anordnung weggebrochen dargestellt sind,

Pig. 10 eine Seitenansicht der Waagenanordnung von Pig. 9 und

Pig. 11 eine Ansicht eines Ende an Ende verbundenen Wandlers der Waagenanordnung von Pig. 9 und Pig. 10.

Die Lastwiegeanordnung von Pig. 1 und Pig. 2 besitzt ein etwas elastisches Förderband 12, das durch eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung in Richtung der Pfeile 13 horizontal beweglich ist. Das Förderband 12 wird dabei von festen Plattformteilen H und 15 und von einer dazwischen liegenden Waageplatte 16 getragen, die zur Durchführung einer vertikalen Auslenkung unter dem Einfluss

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— y —

von beförderten Gewichten wie der in Mg. 2 dargestellten Last 17 eine begrenzte Bewegungsfreiheit besitzt. Die Waageplatte 16 ist in bezug auf eine stationäre Basis mit einer Doppelauslegeranordnung befestigt, die mit parallelen, auslegerartigen Balkenteilen 18 und 19 versehen ist. Diese .Balkenteile 18 und 19 besitzen jeweils unbiegsame Enden 18_Q und 19_Q> die mit einem Querbalken 20 starr und zuverlässig an der Waageplatte befestigt sind, sowie gegenüberliegende, unbiegsame Enden 18, und 19^» die starr und zuverlässig mit einem Querbalken 21 an der Basis befestigt sind. Der Querbalken 21 ist dabei mit dem von der Basis getragenen, ortsfesten Plattformteil 15 verbunden. Die im wesentlichen gleichartigen, verhältnismässig schmalen Ballcenteile 18 und 19 sind in einem Abstand voneinander im wesentlichen parallel zueinander angebracht, so dass der Waageplatte 16 eine einwandfreie Seitenstabilität verliehen wird, ohne dass Hilfsstützen benötigt werden. Der für das Balkenteil 18 gezeigte parallelogrammartige Aufbau ist typisch, und er besitzt zwei verhältnismässig verformbare, parallele, elastische Zwischenabschnitte 18_Q und 18_d, die im wesentlichen horizontal verlaufen und zwischen den verhältnismässig starren, angeformten Enden 18_a und 18^ liegen. Diese verformbaren Zwischenabschnitte werden am besten so hergestellt, dass ein Schlitz 18_Q zwischen zwei in Querrichtung gebohrten, voneinander entfernten Löchern 18.» und 18 angebracht

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wird, wobei die Löcher einen genügend grosaen Durchmesser besitzen, dass die Balken verdünnt werden und dass gute Biegeeigenschaften in den oberen und unteren Teilen geschaffen werden. An den Biegestellen sind längs der Oberflächen Dehnungsmesser 22 und 23 mit veränderlichem elektrischen Widerstand und längs der Unterflächen Dehnungsmesser 24 und 25 angebracht, die auf Oberflächenformänderungen des entsprechenden Parallelogrammbalkens ansprechen und die zu einer (unten noch erläuterten) Brückenschaltung zusammengeschaltet werden können, durch die bei der Messung Ausgangssignale entstehen, die unempfindlich gegen die Laststellung sind. Wie in Mg. 2 dargestellt ist, braucht die Last 17 beispielsweise nicht in der Mitte liegen. Bei der in der gestrichelt dargestellten Lage befindlichen gleichen Last W ergibt sich die gleiche Gewichtsmessung. Unter dem Einfluss der Last treten kleine Auslenkungen der Waageplatte 16 und der Balkenteile 18 und 19 auf, die aber im wesentlichen vertikal gerichtet sind. Das nachgiebige Förderband lässt diese Auslenkungen dabei zu. Es ist jedoch wichtig, dass gleichzeitig auftretende horizontale Kräfte wie etwa die !zugehörigen Reibungakräfte des Förderbandes nicht in der Ausgangsmessgrösse erscheinen.

Durch den in Fig. 3 dargestellten Parallelogrammbalken wird die Arbeitsweise von Balken wie etwa des Balkenteils

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von Fig. 1 und Pig. 2 gekennzeichnet. Der Einfachheit halber tragen gleiche Teile auch gleiche Bezugszeichen, die mit unterscheidenden, einfachen Strichindizes ergänzt sind. Verformbäre, parallele Zwischenabschnitte 18 ' und 18^¹ zeigen die Meigung, so auf eine vertikale Last 3? anzusprechen, dass sie sich elastisch in der in Fig. 3 dargestellten Weise verformen, während die starren Enden 18 ' und 18, ^f im wesentlichen parallel bleiben und das freie Ende im wesentlichen vertikal abgesenkt wird. In der älteren USA-Patentschrift 2 866 059 ist ein einstückiges Lastzellenfühlelement gezeigt, das gewisse Eigenschaften mit den erfindungsgemässen, kombinierten Wandlern gemeinsam hat. Unter dem Einfluss der von der Last hervorgerufenen Biegezustände weisen beide Balkenteile (18 und 19) besondere Oberflächenformänderungen auf. So sind "beispielsweise die Dehnungsmesser 22* und 23', die längs der Oberfläche des Zwischenabschnitts 18₀ ^f des Balkenteils 18 angebracht sind, einem Druck (C^) bzw. einem Zug (Tm) ausgesetzt, während die längs der Unterfläche des unteren Swischenabschnitts 18·,' angebrachten Dehnungsmesser 24* und 25^f einem Zug (T^) bzw. einem Druok (C_B) ausgesetzt 3ind. Darüberhinaus können von den Balkenteilen und ihren Dehnungsmessern auch gewisse Membran- oder 3?aserspannungseffekte angezeigt werden, die jedoch längs der gesamten oberen Messfläche in einer Richtung als Zug S^ und längs der gesamten unteren liess-

209809/0421 " fläche

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Wl It "

fläche in der entgegengesetzten Richtung als Druck S^ wirken. Diese Spannungseffekte sind jedoch bei Balkenteilen mit gleichen Abmessungen im wesentlichen gleich gross. Demnach erzeugt die in Pig. 4 dargestellte Brückenschaltung aus diesen Dehnungsmessern Ausgangssignale, die nur in einer Beziehung mit der angewendeten Kraft F stehen. In gleicher V/eise sind auch die vom Förderbandzug oder dgl. hervorgerufenen Formänderungen völlig in einer Richtung angeordnet und auf der Ober- und Unterseitegleich gross, so dass das Brückengleichgewicht nicht gestört wird. Jedes der Paare der Brückenklemmen

26 - 26, und 27 „ - 27-u kann als elektrisches Eingangsa ο au

klemmenpaar dienen, während das andere einer herkömmlichen Endvorrichtung wie etwa einer direkt anzeigenden oder einer aufzeichnenden Vorrichtung ein Ausgangssignal liefert. Die Dehnungsmesser am zugehörigen zweiten Balkenteil 19 können ebenfalls in einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sein, oder die aktiven Dehnungsmesser können teilweise auf dem einen Balkenteil und teilweise auf dem anderen Balkenteil angebracht sein. Vorzugsweise sind beide Balkenteile in gleicher V/eise mit Dehnungsmessern versehen, und ihre beiden Ausgangssignale sind so an die Endvorrichtung angeschlossen, dass irgendwelche Unterschiede in den seitlichen Stellungen der Lasten keinen Einfluss auf die Messungen haben. Die zwei Balkenteile 18 und 19 sind vorzugsweise so weit voneinander entfernt, wie es

209809/0421 die

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die Waageplattenabmesaungen bequem zulassen, so dass , eine stabile Unterstützung für die Waageplatte in seitlicher Sichtung geschaffen wird und dass sichergestellt wird, dass seitlich aus der Mitte verschobene lasten gut auf die zwei Balkenteile verteilt werden. Bei einer anderen Anordnung können die zwei seitlich voneinander entfernt liegenden Balkenteile anstatt mit einem Plattformteil mit den zwei verschiedenen Plattformteilen 14 und an der Basis befestigt sein. Unter Ausnützung gleicher Vorteile können anstelle des dargestellten Förderbandes auch Hollen, lagerkugeln oder dgl. auf der Waageplatte . und ihren zugehörigen stationären Plattformen verwendet werden. Auch eine Halb-Brückensohaltung kann verwendet werden.

In anderen Anwendungsfällen können die Wandler von zwei parallelen, gemeinsam aufgebauten Balkenteilen wie etwa den Balkenteilen 28 - 29 und 30-31 gebildet werden, die nach Mg» 5 die Behälterlast 32 tragen. Hier ist das Aussenende jedes Balkenteils starr mit einer festen Stütze 33 verbunden, und das Innenende jedes der Balkenteile ist mit der Behälterlast 32 verbunden. Obwohl in der Zeichnung zwei Paare von beidseitig eingespannten Balkenteilen dargestellt 3ind, können auch ein oder mehrere weitere Paare verwendet werden, damit dia Stabilität der Unterstützung vergröaaert wird. Dieöe Balkenteile führen die Last so,

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dass sie kleine vertikale Auslenkungen durchfuhren kann. Dabei treten dicht bei ihren Enden die gleichen Oberflächenformänderungen auf, wie 3ie oben im Zusammenhang von Pig. 2 beschrieben worden 3ind. Dabei ist wichtig, dass Verschiebungen des Schwerpunkts der Last aus einer Mittelstellung 54 in eine ausserhalb der Mitte liegende Stellung, wie die Stellung 35 für das Gesamtgewicht V/, die präzisen Messungen nicht stören, die von den zugehörigen Dehnungsmessern erzielt werden. Die Lastmessungen, werden dabei direkt und mit grosser Genauigkeit durch Wandler erzielt, die für sich selbst als alleinige Aufbaustützen dienen und denen keine zusätzlichen Stützteile nebengeschaltet sind, deren Biegeeigenschaften die Mesagenauigkeit stören könnten. Bei der Betrachtung der geeigneten Messverfahren erkennt man, däs3 die über dem Balkenteil 28 angebrachten Dehnungsmesser 28_O und 28-.

a D

beispielsweise mit den Dehnungsmessern 29 und 29-u des

a D

Balkenteils 29 zu einer Brückensehaltung zusammengeschaltet werden können oder dass die nicht bezifferten, gegenüber angebrachten Dehnungsmesser in dieser Weise zusammengeschaltet werden können. Die kombinierten Messausgangssignale der Dehnungsmesser aller Balkenteile liefern eine optimale Angabe für das Lastgewicht, wie dieses auch immer verteilt ist. Pur einige Zwecke, wie etwa das Aufhängen und [Jessen von Bohrnetzen, brauchen nur zwei der mit Dehnungsmessern versehenen ßalkenfceile (wie die Balkenteile

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— I ρ —

28 und 29) an jeder Aufhängstelle verwendet werden. Das gewünschte Parallelogramiafeld wird dabei entweder von einem einstückigen Teil oder von getrennten Balkenteilen gebildet, deren Enden starr an der Stütze und an dem Rohrnetz oder an einem am Rohrnetz angebrachten Teil befestigt sind. Bei solchen Rohraufhängungen sind die parallelen, als Balken aufgebauten Wandlerelemente für Gewichtsmessungen horizontal übereinanderliegend und für Ausdehnungsund Kontrktionsmessungen parallel zur Eohrachse angebracht. Die elektrischen Ausgangssignale können dann in der bekannten Weise zur Messung des Gewichts und/oder der Ausdehnung sowie zur Erzeugung von Anzeigen oder einer Kompensationssteuerung verwendet werden.

Bei der Anordnung von Pig. 6 sind Ende an Ende miteinander verbundene verformbare Balkenteile 36-37 und 38-39 in vorteilhafter Weise einstückig an ihre starren, lastaufnehmenden Mittelabschnitte 4-0 und 41 und an ihre äusseren, starren Stützabschnitte 42 und 43 angeformt. Die Stützabschnitte und die Mittelabschnitte der zwei Teile sind so aneinander befestigt, dass eine Einheit gebildet wird, die angelegten Kräften F widersteht und diese exakt messen kann, auch wenn sie nicht in der Mitte liegen oder gleichmässig verteilt sind. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, können die an der oberen fläche angebrachten Dehnungsmesser 36_a-36_b und 37_&-37_b mit den an der unteren Fläche

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angebrachten Dehnungsmessern 38_a-38_b und 39,^-39^ zu einer Brückenschaltung 44 zusammengeschaltet werden, so dass an einer der Gruppen von Klemmen 45^45^ und 46 -46, exakte Kraftmessausgangssignale erzeugt werden,

CX U

wenn die andere Klemmengruppe an eine geeignete elektrische Energiequelle angeschlossen wird. Auf die Dehnungsmesser 36 und 38^ in einem Brückenzweig und auf die

* Dehnungsmesser 37-J₃ und 39_a im gegenüberliegenden Brückenzweig wirkt ein Zug (T) ein, wenn in der Eichtung des Pfeils i¹ von Fig. 6 eine Kraft angewendet wird. Gleichzeitig wirkt dabei auf die im dritten Brückenzweig liegenden Dehnungsmesser 36^ und 38_& und auf die im gegenüberliegenden Brückenzweig liegenden Dehnungsmesser 37 und 39-u ein Druck (C). Abwechselnd oder zusätzlich können auch die in Pig. 6 dargestellten nicht bezifferten Dehnungsmesser zur Erzeugung ähnlicher oder zusätzlicher nützlicher Ausgangssignale verwendet werden. Die Balken-

" teile 36-37 bzw. die Balkenteile 38-39 können auch als einstückige Teile von nicht unterbrochenen Ringbauteilen in der Art von Membranen aufgebaut sein, und sie können nicht einheitliche Querschnitte besitzen. In Pig. 8 ist eine solche Anordnung dargestellt. Hier besitzen Rücken an Rücken miteinander verbundene Teile 47 und 48 vergrösserte, starre Mittelnaben 47_O und 48 . die durch ein

a a

Innenglied 49 bzw. durch äussere, starre Randabschnitte 47-J₃ und 48^ miteinander verbunden sind. Die dazwischen-

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liegenden relativ verformbaren Abschnitte 47 ₀ und 48_C> die vorzugsweise eine kreisförmige Umfangslinie besitzen, sind an ihren Mittelbereichen dünner, und an ihren Innenflächen sind im allgemeinen radial verlaufende Dehnungsmesser 47,-47 und 48_d~48„ so angebracht, dass von den Teilen seihst eine schützende, dichte Umhüllung gebildet wird. Die innen oben und unten aussen liegenden Dehnungsmesser 47 , 47.p, 48-, und 48 sprechen dabei auf Zugwir-

β X CL g

kungen (T) an, während die aussen oben und innen unten liegenden Dehnungsmesser 47^j 47 » 48_Q und 48^ auf Druckwirkungen (C) ansprechen, die von der Last i¹ erzeugt werden, die bei Präzisionsmessungen nicht zentriert sein muss, die durchzuführen sind, wenn die Dehnungsmesser entsprechend der obigen Beschreibung in einer Brückenschaltung zusammengeschaltet werden. Zusätzlich können auch radial angeordnete Dehnungsmesser verwendet werden. Mit dieser Vorrichtung können StrÖmungsmitteldruckmessungen einschliesslich Messungen bei verschiedenen Drücken durchgeführt werden. Dabei ist wichtig, dass zusätzliche Membranen und ihre fehlererzeugenden,nichtlinearen Eigenschaften gänzlich vermieden werden und dass die Konstruktion natürlich bemerkenswert einfach ist_e

Die Plattformwaage 5.0 von Pig. 9 und Mg. 10 besteht aus einer Konstruktion, bei der in vorteilhafter Weise zwei seitlich voneinander getrennt angebrachte, längliche

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und parallel aufgetaute Wandler 51 und 52 verwendet werden, an die jeweils endweise Abschnitte 51^51^ bzw. 52 -52, angeformt sind. Wie aus der Darstellung dieser gleichen Wandler 52 nach Pig. 11 hervorgeht, sind sie einfach aus einem zylindrischen Metallstangenmaterial hergestellt, und ihre Aussenenden 52_Q und 52^ sind starr, obwohl sie flach gearbeitet sind, damit sie

^ sicher auf kastenförmigen Balken 53 bzw. 54 befestigt werden können, die von der Basis getragen werden. Der starre Mittelabschnitt 52_ö ist ebenfalls abgeflacht, damit er fest mit einem G-lied 55 verbunden werden kann, das an der Unterseite einer steifen Waageplatte 56 etwa durch Schweissen befestigt ist. Jeder Wandlerabschnitt weist dadurch die gewünschten parallelogrammartigen Balkeneigenschaften auf, dass er einen Zwischenabschnitt mit einem verringertem Querschnitt besitzt, der in Querrichtung durchbohrt und geschlitzt,ist, wie es durch die

W voneinander entfernt liegenden Bohrungen 57 und 5.8 sowie durch den Yerbindungsschlitz £9. im Abschnitt 52^ (Fig. 11) durchgeführt ist. Dehnungsmesser 60-60, und 61 -6K, die in Längsrichtung voneinander entfernt längs der oberen bzw. unteren Flächen der so hergestellten oberen und unteren Balkenteile 52- und 52 angebracht sind, sind so miteinander verbunden, dass sie unabhängig von dem Ort und der Verteilung des von der Waageplatte 56 getragenen Gewichts nur auf die Grosse des Gewichts

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BAD OR{G!MAL

W₁ + Υ/ρ + Υ/., (Pig. 10) ansprechen. Die anderen Abschnitte sind in gleicher Weise mit Messvorrichtungen versehen. Die Bewegung der Waageplatte 56 ist auf kleine vertikale Auslenkungen begrenzt; sonst ist die Aufhängung im wesentlichen starr ausgeführt. Die Auslenkungen sind eine genaue Punktion der Abmessung des Bereichs mit verringertem Querschnitt, der Entfernung zwischen den starren Auslagern der Balkenteile und der G-rosse der auf die gleichen Balkenteile ausgeübten Kraft. Dabei wird in wirksamer Weise die vorhandene reine Querkraft gemessen. Horizontale Kräfte werden nicht getastet. Die Wandler sind vorteilhaft aussergewöhnlich niedrig, und sie können in anderen Anordnungen an Eckpunkten rechtwinklig zueinander oder in einer radialen Anordnung angebracht v/erden usw. Obwohl hier elektrische Widerstandsdehnungsmesser dargestellt und beschrieben worden sind, können ihre Wirkungen auch von in anderer Weise wirkenden Messvorrichtungen, wie etwa von magnetischen Induktionsdehnungsmessern mit bekannten Kreuzspulen erzielt werden, die durch ein einer Formänderung unterworfenes Magnetmaterial geführt sind und die für die vorliegenden Zwecke ein drittes verformbares Balkenteil besitzen können, das parallel zwischen den oberen und unteren Balkenteilen des Parallelogrammaufbaus angebracht ist.

Patentansprüche

209809/0421 _BI^_KIÄI

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Claims

Patentansprüche

1. Kraftmessvorrichtung, gekennzeichnet durch eine relativ starre Stütze, auf Krafteinwirkung ansprechende Einrichtungen, wenigstens eine Wandlervorrichtung, die im wesentlichen die einzige mechanische Halterung für die auf Kräfteinwirkung ansprechenden Einrichtungen in "bezug auf die Stütze bildet und mit zwei voneinander entfernten, im wesentlichen parallelen Balkenteilen aus einem Material versehen ist, das eine grosse Elastizität besitzt, Yerbindungseinrichtungen, mit denen zwei aneinander angrenzende Enden der Balkenteile miteinander und mit den auf Kräfteinwirkung ansprechenden Einrichtungen verbunden sind, Verbindungseinrichtungen, mit denen die anderen, aneinander angrenzenden Enden der Balkenteile miteinander und mit der Stütze verbunden sind, und durch elektrische Dehnungsmesser, die nur auf mechanische Beanspruchungen ansprechen, die für die Grossen der von den auf Kräfteinwirkung ansprechenden Einrichtungen in einer rechtwinklig zu den Balkenteilen verlaufenden Richtung im wesentlichen in deren Ebene an die Wandlervorrichtung angelegten Kräfte kennzeichnend sind, wobei die Wandlervorrichtung die Auslenkungen der auf Krafteinwirkung ansprechenden Einrichtungen relativ zu der Stütze im wesentlichen in jeder Richtung begrenzen.

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2. Kraftmessvorrichtung nach Ansprucli 1, dadurch, gekennzeichnet, dass die elektrischen Dehnungsmesser aus wenigstens zwei Widerstandsdehnungsmessern bestehen, die jeweils so mit einer Fläche der Balkenteile verbunden sind, dass sie in der Nähe eines anderen Endes der Balkenteile im wesentlichen quer zu jener Richtung verlaufen und so gerichtet sind, dass sie auf Oberflächenformänderungen ansprechen, die im wesentlichen in Längsrichtung zu diesen Balkenteilen gerichtet sind, und dass Anschlusseinrichtungen die Dehnungsmesser zu einer Brückenschaltung zusammenschalten, die Wirkungen von Beanspruchungen ausgleichen, die in jedem Balkenteil gleichsinnig auftreten.

3. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Balkenteile an den Stellen der Flächen dicht bei den Enden der Balkenteile gleiche Querschnittsflächen besitzen.

4· Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Wandlervorriohtungen vorhanden sind und dass die Verbindungseinrichtung, die die anderen Enden der Balkenteile jeder Wandlervorrichtung 3tarr miteinander verbindet, diese anderen Enden der Balkenteile jeder Wandlervorriohtung auch an einer anderen Stelle mit der Stütze verbindet, wodurch die

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mechanische Stabilität der auf Krafteinwirkung ansprechenden Einrichtungen in bezug auf die Stütze vergrössert wird.

5. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wandlervorrichtungen im wesantlichen Ende an Ende miteinander verbunden sind und dass

) die voneinander entfernten parallelen Balkenteile einer der Wandlervorrichtungen in der gleichen Richtung wie die Balkenteile eines anderen der Wandlervorrichtungen verlaufen.

6. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Balkenteile der zwei endweise miteinander verbundenen Wandlervorrichtungen im wesentlichen gleich lang sind und eine gleiche Form besitzen

^ und dass die benachbarten Enden der Balkenteile, die miteinander und mit den auf Krafteinwirkung ansprechenden Einrichtungen verbunden sind, starr miteinander verbunden sind.

7. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, dass die auf Krafteinwirkung ansprechenden Einrichtungen aus einer im wesentlichen starren Waageplatte bestehen, dass die Verbindungseinrichtungen die gegenüberliegenden Enden der Balkenteile zweier Wandler-

209809/0421 vorrichtungen

vorrichtungen an horizontal voneinander entfernten Stellen so mit der Stütze verbinden, dass die zwei Balkenteile jeder Wandlervorrichtung im wesentlichen horizontal übereinander und im wesentlichen parallel zu den entsprechenden Balkenteilen der anderen der Wandlervorrichtungen verlaufen, und dass die Verbindungseinrichtungen, die die Enden der Balkenteile mit den auf Krafteinwirkung ansprechenden Einrichtungen verbinden, die Waageplatte im wesentlichen in horizontaler Richtung über den Wandlervorrichtungen tragen.

8. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Fördereinrichtungen Gegenstände im wesentlichen horizontal über die Waageplatte bewegen und gleichzeitig das Gewicht der Gegenstände auf die Waageplatte übertragen.

9. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen mit einem biegsamen Förderband versehen sind, das über der Waageplatte mit dieser in Berührung steht, und dass das Förderband in einer im wesentlichen parallel zu den Balkenteilen der Wandlervorrichtungen verlaufenden Richtung über die Waageplatte beweglich ist.

10. Kraftmessvorriclitung nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass die auf Kräfteiiiwirkung ansprechenden Einrichtungen aus einer im wesentlichen starren Waageplatte "bestehen, dass zwei eiidweise miteinander verbundene Wandlervorrichtungen aus einem einstückigen, länglichen Bauteil "bestehen, durch dessen Hälften Öffnungen führen, so dass jede der Hälften wenigstens te-üweiae in im wesentlichen gleichartige obere und untere Balken-

^ teile geteilt werden, dass ein zweites Paar von Wandler/— Vorrichtungen im wesentlichen gleichartig wie das zuerst erwähnte Paar von Wandlervorrichtungen aufgebaut ist und im wesentlichen parallel und horizontal von diesem entfernt verläuft, und dass Befestigungseinrichtungen die zwischen den Hälften der länglichen Bauteile liegenden starren Mittelabschnitte starr mit der Waageplatte an horizontal voneinander entfernten Stellen verbinden, so dass die Waageplatte zuverlässig im wesentlichen horizontal so gehalten wird, dass sie in bezug auf die

w Stütze begrenzte vertikale Auslenkungen durchführen kann.

11. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Balkenteile in wesentlichen eine Ringform besitzen und dass benachbarte Enden der EaI-kenteile an den inneren Umfangsrändern der Eingteile mit den auf Kraftwirkung ansprechenden Einrichtungen verbunden sind.

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12. KraftmessvOrrichtnng nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung aus wenigstens zwei elektrischen Widerstandsdehnungsmessern Gesteht, die jeweils mit einer Fläche der Bingteile verbunden sind, die dem anderen Eingteil gegenüberliegt, dass jeder der Dehnungsmesser im wesentlichen radial in der Mhe eines anderen Umfangsrandes der Eingteile angebracht ist und auf im wesentlichen radial verlaufende Oberflächenformänderungen anspricht, und dass die Dehnungsmesser durch Anschlusseinrichtungen zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, die Beanspruchungen ausgleicht, die in jedem der Eingteile gleichsinnig verlaufen.

15. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtungen, die die äusseren Umfangsräiüider der ringförmigen Balkenteile starr miteinander verbinden, eine undurchlässige Dichtung dazwischen bilden und dass die ringförmigen Balkenteile und die Verbindungseinrichtungen, die ihre Innenränder miteinander verbinden, zusammen mit den Aussenrändern eine undurchlässige Dichtung bilden, 30 dass die Dehnungsmesser eingeschlossen öind.

14· Kraftmessvorrichtung, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen starre Waageplatte, eine relativ feste

' 209*09/<Γ421 ■" Stütze,

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Stütze, mehrere gleichartige Wandlervorrichtungen, die die einzige mechanische Halterung für die Waageplatte in bezug auf die Stütze bilden und mit zwei gleichen, im wesentlichen horizontalen, parallelen Balkenteilen aus einem höchst elastischen Material versehen sind, deren benachbarte Enden durch im wesentlichen starre Verbindungen übereinander verbunden sind, Verbindungseinrichtungen zur Befestigung der Verbindungen jeder Wandle rv or richtung an der Stütze, Verbindungseinrichtungen zur Befestigung der anderen Verbindungen jeder der Wandlervorrichtungen mit der Waageplatte, 30 dass die Waageplatte im wesentlichen horizontal über den Wandlervorrichtungen liegt, vier zu jeder der Wandlervorrichtungen gehörige elektrische Widerstandsdehnungsmesser, die jeweils in jeder der Wandlervorrichtungen an einer Fläche der Balkenteile befestigt sind, die dicht bei einem anderen ihrer Enden liegt und auf öberfläehenzugspannungen ansprechen, die längs der Balkenteile verlaufen, und durch Anschlusseinrichtungen, durch die die Dehnungsmesser zu einer Brückenschaltung zusammengesehaltet sind, die ZugspannungsWirkungen ausgleicht, die in jedem der Balkenteile gleichsinnig verlaufen .

15. Kraftmessvorrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare dor lYandlervorrichtungen end-

- - *· 20 9B09/0Ä21 - weiae

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weise aneinander angeformt sind, so dass gleiche Balkenteile im wesentlichen in der gleichen Richtung verlaufen, dads wenigstens zwei der Paare von einstückigen WandlervorriQhtungen durch Verbindungseinrichtungen im wesentlichen horizontal und parallel, voneinander entfernt auf der Stütze gehalten sind und dass Verbindungseinrichtungen die Waageplatte an horizontal voneinander entfernten Stellen auf den voneinander entfernten Paaren von einstückigen Wandlervorrichtungen anbringen.

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