DE19910003A1 - Überlastsicherung für Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überlastsicherung für Kraftaufnehmer oder Wägezellen mit Dehnungsmeßstreifen (3), bei dem der Krafteinleitungsweg (8) durch einen verstellbaren mechanischen Anschlag (7) begrenzt wird und im Krafteinleitungsweg (8) vor dem Verformungskörper (21) des Aufnehmers ein elastisches Federelement (5, 14, 16, 17, 23) vorgesehen ist, wobei der begrenzte Krafteinleitungsweg (8) einem Vielfachen des Verformungsweges des Aufnehmers entspricht.

Description

Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen sind hochempfindliche Bau- teile, die bei mechanischer Überlastung leicht zerstörbar sind. Bei derartigen Aufnehmern befinden sich die Dehnungsmeß­ streifen auf durch mechanische Belastung verformbaren Meßkör­ pern, deren Verformungswege meist nur Bruchteile eines Milli­ meters betragen. Insbesondere bei Aufnehmern für die Kraft- und Gewichtsmessung sind die Verformungen am Meßkörper in der Regel 0,1 bis 0,2 mm. Wird durch eine mechanische Belastung dieser Verformungsweg erheblich überschritten, so werden die Dehnungsmeßstreifen zerstört und der Aufnehmer muß ausge­ tauscht werden. Deshalb ist es sinnvoll, zur Verhinderung ei­ ner derartigen Zerstörung technische Maßnahmen zu treffen, die den Dehnungsmeßstreifen und den Verformungskörper vor Überla­ stung schützen.

Bekannt sind aus dem Firmenprospekt der Firma Schenck, "Elek­ tromechanisch wägen", Darmstadt, Ausgabe 1988 mechanische An­ schlagmittel als Überlastsicherung, die den Verformungsweg am Meßkörper begrenzen. Bei den sehr geringen Verformungswegen am Aufnehmer ist es sehr aufwendig, diese Anschlagmittel mit der notwendigen Genauigkeit zu fertigen. Hierbei sind dann eventu­ elle Fertigungsungenauigkeiten auch nicht mehr ausgleichbar.

Es sind in der Praxis auch einstellbare Anschlagmittel be­ kannt, bei denen der Verformungsweg meist über fixierbare An­ schlagschrauben einstellbar ist. Derartige einstellbare An­ schläge lassen sich bei dem geringen Einstellbereich nur mit hohem konstruktiven Aufwand fertigen und einstellen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Über­ lastsicherung für Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen zu schaf­ fen, die wirkungsvoll eine Zerstörung bei Überlastung verhin­ dert und dies unter geringstem konstruktivem Aufwand.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Aus­ führungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch das elastische Feder­ element im Kraftfluß eine wegverstärkende Wirkung eintritt, so daß der Anschlagweg vervielfacht wird. Hierdurch kann der weg­ begrenzende Anschlag mit einer Toleranz gefertigt oder einge­ stellt werden, die in der Regel größer ist als der Verfor­ mungsweg des Meßkörpers.

Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, daß der wegbegrenzen­ de Anschlag kleiner dimensioniert werden kann, da ein Großteil der überschüssigen Kraft schon durch das Federelement aufge- nommen wird.

Bei der erfinderischen Lösung kann durch eine geschickte Wahl der Federsteifigkeit des elastischen Federmaterials auf ein­ fache Weise ein vorteilhafter Anschlagweg festgelegt werden, der auf einfache Weise herstellbar und auf die Höchstlast ab­ stimmbar ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der wegbegrenzende Anschlag durch serienmäßige Schrauben ausge­ fährt werden, deren Einstellmöglichkeit durch den verhältnis­ mäßig großen Hub ausreichend genau herstellbar ist und auf einfache Weise auch nachträglich durchgeführt werden kann. Bei einer weiteren Ausführungsart der Erfindung steht das Fe­ derelement unter einer vorgegebenen Vorspannung, wodurch vor­ teilhafterweise die überlastsi-cherung erst beim Überschreiten der vorgegebenen Vorspannung in Erscheinung tritt. Hierdurch werden auch vorteilhaft impulsartige Belastungen gedämpft, die nur kurzzeitig auftreten.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fiq. 1: eine Überlastsicherung mit Vollgummifeder;

Fig. 2: eine Überlastsicherung mit Gummi-Tellerfeder; Fiq. 3: eine Überlastsicherung mit vorgespannter Schraubenfeder;

Fiq. 4: eine Überlastsicherung mit Blattfedern;

Fig. 4a: eine ausgelöste Überlastsicherung mit Blatt­ federn, und

Fig. 5: eine Überlastsicherung mit bistabiler Blatt­ feder.

In Fiq. 1 der Zeichnung ist ein Aufnehmer als Kraftaufnehmer mit Überlastsicherung als Teil einer Plattformwaage dar­ gestellt. Dabei wird die Kraft F über ein Krafteinleitungsteil in den Aufnehmer eingeleitet. Bei der teilweise dargestellten Plattformwaage wird die Kraft F durch das auf einer Wägeplatt­ form 9 liegende Gewicht in den Aufnehmer geleitet. Der Auf­ nehmer ist balkenförmig ausgebildet und im verjüngten Mittel­ bereich mit Dehnungsmeßstreifen 3 bestückt. Dabei stellt der Mittelbereich den Verformungskörper 21 dar, der sich bei Bela­ stung s-förmig ausbiegt. An der Krafteinleitungsseite 1 des Aufnehmers ist ein Kraftrückführungselement 2 befestigt, an dem ein elastisches Federelement in Form einer zylinderförmi- I gen Vollqummifeder 5 angebracht ist. Dieses Federelement 5 kann aber auch aus anderen elastischen Materialien bestehen. Die Vollqummifeder 5 ist zwischen der Wäqeplattform 9 und dem Kraftrückführungselement 2 symmetrisch zu einer Krafteinlei­ i tungsachse, die senkrecht durch den Verformungskörper 21 ver­ läuft, angebracht. An der Unterseite besitzt die Vollgummife­ der 5 einen Befestigungsnippel 4 mit einem dickeren End­ bereich, der durch eine Bohrung im Kraftrückführungselement 2 ragt und so die Feder in ihrer seitlichen Lage fixiert.

Auf der Oberseite der Vollqummifeder 5 liegt die Wägeplattform 9 auf, wodurch die Kraft über die Gummifeder 5 und das Kraft­ rückführungselement 2 in den Aufnehmer geleitet wird. Dieser Krafteinleitungsweg überträgt die Wägekraft vom Krafteinlei­ tungselement 9 zu einem ortsfesten Kraftaufnahmeelement. Auf der anderen Seite des Aufnehmers ist dieser horizontal an ei­ nem Gehäuseteil 6 als Kraftaufnahmeelement befestigt. Kraft­ aufnahmeseitig ist oberhalb des Gehäuse- und Aufnehmerteils eine Anschlagschraube 7 als mechanischer Anschlag vorgesehen, die in ihrer Höhe gegenüber der Wägeplattform 9 verstellbar ist.

Wird in den Aufnehmer eine Kraft im Nennbereich eingeleitet, so entsteht in der Gummifeder 5 in Krafteinleitungsrichtung eine Stauchung, die aufgrund der Elastizität bzw. der Feder­ konstante bestimmbar ist. Dabei wird diese Stauchung so bemes­ sen, daß die Wäqeplattform 9 im Nennlastbereich noch nicht an der Anschlagschraube 7 aufliegt. Durch den Gewindeteil wird die Anschlagschraube 7 so eingestellt, daß die Wägeplattform 9 erst beim überschreiten des Nennlastbereiches auf dem Schrau­ benkopf aufliegt und somit eine weitere Verformung im Verfor­ mungsbereich 21 verhindert. Dabei wird bei einem Verformungs­ weg des Aufnehmers von ca. 0,1 mm vorzugsweise ein Anschlagweg 8 von ca. 3 mm gewählt. Es sind aber auch Anschlagwege 8 von 0,5 bis 5 mm denkbar1 soweit dies aus konstruktiven Gründen erforderlich ist.

Eine derartige Überlastsicherung kann auch an anderen Meßfe­ dergrundformen wie beispielsweise rotationssymmetrischen-, balkenförmigen- oder torsionsartigen Kraftaufnehmern vorgese­ hen werden. Bei den üblichen Verformungswegen von ca. 0,05 bis 0,3 mm werden vorzugsweise Anschlagwege 8 von 0,5 bis 5 mm gewählt, die auf einfache Weise herstellbar sind und eine hin­ reichend genaue Überlasteinstellung ermöglichen.

In Fig. 2 der Zeichnung ist eine Überlastsicherung mit einer tellerartigen Gummifeder 14 als elastisches Federelement dar­ gestellt, das ebenfalls in einer nicht näher dargestellten Plattformwaage wie nach Fig. 1 der Zeichnung eingesetzt ist. Dabei werden nachfolgend nur die von Fig. 1 abweichenden Funk­ tionsteile näher beschrieben. Das elastische Federelement 14 ist ebenfalls als Gummifeder 14 ausgebildet und besitzt im Bereich der Wägeplattform 9 einen rohrartigen oberen Befesti­ gungsstutzen 1??3, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als ein zum Kraftrückführungselement 2 gerichteter unterer Befe­ stigungsstutzen 10. Zwischen diesen beiden Befestigungsstutzen 10, 13 ist im Mittelbereich ein tellerförmiges Verbindungsteil 11 angebracht, das wie eine Tellerfeder 14 wirkt. Der untere Befestigungsstutzen 10 besitzt einen horizontal umlaufenden Schlitz 12, der eine Bohrung im Kraftrückführungselement 2 umschließt und damit die seitliche Lage der Feder 14 fixiert. Auf dem oberen Befestigungsstutzen 13 liegt die Wägeplattform 9 auf, wobei diese mit einem senkrechten Zapfen in die Öffnung des oberen Befestigungsstutzens 13 ragt. Dadurch wird die Wä­ geplattform 9 als Krafteinleitungsteil in horizontalen Rich­ tungen fixiert.

Der gewünschte Anschlagweg 8 ist bei dieser Federausbildung sowohl durch die Formgebung als auch durch die Elastizität des Gummis bestimmbar. Derartige Federn sind deshalb auf einfache Weise an verschiedene Nennlastbereiche unterschiedlicher Waa­ gentypen anpaßbar. Eine derartige Tellerfeder 14 kann auch aus anderen Federwerkstoffen, wie beispielsweise elastischen Kunststoffen bestehen.

In Fiq. 3 der Zeichnung ist eine Überlastsicherung mit einer Schraubenfeder 16 als elastisches Federelement dargestellt. Aus Vereinfachungsgründen ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Wägeplattform 9 als auch die Anschlagschraube 7 zur Weg­ begrenzung nicht dargestellt, da diese Teile funktionsgleich mit denen der Beschreibung nach Fig. 1 der Zeichnung sind. Die dargestellte Schraubenfeder 16 ist wiederum zwischen der Wä­ geplattform 9 und dem Kraftrückführungselement 2 angeordnet. Dabei wird die Schraubenfeder 16 von einem rechteckförmigen Mantelteil 15 umgeben, das das Kraftrückführungselement 2 seitlich umgreift. Die Schraubenfeder 16 wird dabei mit einer festlegbaren Vorspannung zwischen dem Kraftrückführungselement 2 und dem Innenteil des Mantels 15 eingespannt. Vorzugsweise wird die Vorspannung der Feder 16 so gewählt, daß sie erst im Überlastbereich weiter gestaucht wird. Hierdurch tritt erst die wegverlängernde Wirkung im überlastbereich auf.

In Fig. 4 der Zeichnung ist eine Überlastsicherung mit einer Blattfederanordnung 17 als elastisches Federelement dar­ gestellt. Hierbei ist aus Vereinfachungsgründen auch auf die funktionsgleiche Wägeplattform 9 sowie die Anschlagschraube 7 in der Zeichnung verzichtet worden. Bei der Überlastsicherung ist zwischen dem Kraftrückführungselement 2 und dem Verfor­ mungskörper 21 eine horizontal angeordnete Blattfedervorrich­ tung 17 befestigt. Diese besteht aus vier einzelnen unter­ schiedlich langen Blattfedern 18, so daß in Abhängigkeit von der Belastung ein degressiver Anschlagweg 8 erreicht wird. Zwischen der oberen Blattfeder 18 und dem Kraftrückführungs­ element 2 ist ein hutförmiges Betätigungsteil 19 angeordnet, das durch eine Bohrung durch das Kraftrückführungselement 2 nach oben ragt. Das Betätigungsteil 19 besitzt in seinem obe­ ren Teil eine runde Öffnung, in die ein nach unten gerichteter Stift 20 eingreift. Der Stift 20 ist an der nicht dargestell­ ten Wäqeplattform 9 befestigt und dient zur kraftnebenschluß­ freien seitlichen Fixierung der Wägeplattform 9.

In Fig. 4a der Zeichnung ist der Fall dargestellt, bei dem die Blattfedern 18 durch eine Überlastung soweit ausgelenkt sind, daß die nicht dargestellte Wägeplattform 9 auf der Anschlag­ schraube 9 aufliegt.

In Fig. 5 der Zeichnung ist eine Überlastsicherung mit einer eingebuchteten Blattfeder 23 als elastisches Federelement dar­ gestellt. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4 unter­ scheidet sich diese Ausbildung lediglich durch die bistabile Auslenkung bei Überlastung. Diese wird durch die Ausbuchtung 22 in der Blattfeder 23 erreicht, deren Federwirkung bei über­ schreiten einer vorgegebenen Grenzbelastung schlagartig auf einen Minimalwert abfällt. Dabei wird die Grenzbelastung vor­ teilhafterweise so bemessen, daß sie dem Beginn des Überlast­ bereichs entspricht und damit die Überlastsicherung erst bei einer vorgegebenen Überlast auslöst.

Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Über­ lastsicherung nicht nur auf balkenförmige Kraftaufnehmer oder Wägezellen mit Kraftrückführung beschränkt, sondern auch für andere Biegebalken, rotationssymmetrische Wägezellen oder tor­ sionsfederartige Aufnehmer verwendbar. Dabei müssen die bei­ spielhaft geschilderten Ausführungsformen lediglich im La­ steinleitungsweg vor dem Verformungsbereich 21 angeordnet sein. Alle vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele können nach einer konstruktiven Anpassung auch so ausgebildet sein, daß sie sowohl mit Blatt-, Spiral-, Schrauben-, Teller- oder Voll­ federn ausrüstbar sind. Alle diese Federn können sowohl aus metallischem Federmaterial als auch aus Gummi oder kunststoff­ artigen elastischen Materialien bestehen.

Derartige Überlastsicherungen müssen auch nicht unmittelbar am Aufnehmer oder an der Wägezelle angeordnet sein, sondern kön­ nen auch an den Krafteinleitungspunkten eines Rahmenteils oder einer Wägeplattform vorgesehen werden. Dabei kann insbesondere bei großen Krafteinleitungsplattformen an jedem Krafteinlei­ tungspunkt oder an jedem der dort vorgesehenen Kraftaufnehmer bzw. Wägezellen eine derartige Überlastsicherung angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei ungleichmäßiger Kraftvertei­ lung auf den Krafteinleitungsplattformen vorteilhaft, damit nicht einzelne Aufnehmer zu stark belastet werden und damit Schaden nehmen können.

Überlastsicherung für Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen

Claims (10)

1. Überlastsicherung für Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen bei dem der Krafteinleitungsweg durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Krafteinleitungsweg vor dem Verformungskörper (21) ein elastisches Federelement (5, 14, 16, 17, 23) vorgesehen ist.

2. Überlastsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das elastische Federelement (5, 14, 16, 17, 23) aus elastischem Gummi, Kunststoff, Metall oder gleich­ artigen Federmaterialien besteht.

3. Überlastsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet. daß das elastische Federmaterial als Voll-, Hohl-, Teller-, Schrauben-, Spiral- oder in davon abge­ wandelter Formgebung ausgebildet ist.

4. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (5, 14, 16, 17, 23) mit mechanischer Vorspannung (15) vorgesehen sind, wobei die Vorspannkraft mindestens der Nennbela­ stungskraft entspricht.

5. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der elastischen Federelemente (5, 14, 16, 17, 23) so festge­ legt ist, daß der Anschlagweg (8) um ein Vielfaches grö­ ßer ist als der Verformungsweg des Verformungskörpers (21).

6. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an den elastischen Fe­ dern (5, 14, 16, 17, 23) Fixierelemente (4, 12, 20, 19) vorgesehen sind, die die Krafteinleitungsteile (8) kraft­ nebenschlußfrei fixieren.

7. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5, 14, 16, 17, 23) vor einem stabförmigen-, rotations­ symmetrischen-, rohrförmigen- oder torsionsartigen Ver­ formungskörper (21) angeordnet sind.

8. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrpunktför­ migen Krafteinleitung an jedem Krafteinleitungspunkt oder vor jedem Verformungskörper (21) ein Federelement (5, 14, 16, 17, 23) und ein mechanischer Anschlag (7) vorgesehen ist.

9. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Anschlag als den Anschlagweg (8) verstellbares Anschlagelement (7) ausgebildet ist, wobei der Anschlagweg (8) im Bereich von 0,5 bis 5 mm einstellbar ist.

10. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (7) am Verformungskörper (21) kraftaufnahmeseitig oder einem ortsfesten Aufnehmer- oder Gehäuseteil (6) so angeordnet ist, daß das Krafteinleitungsteil (9) oder ein mit dem Krafteinleitungsteil (9) kraftschlüssig verbundenes Bau­ teil bei Erreichen eines vorgegebenen Auslenkungswegs (8) begrenzt wird.