DE2341486A1

DE2341486A1 - Lastmesselement

Info

Publication number: DE2341486A1
Application number: DE19732341486
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Sands Measurement Corp
Current assignee: Sands Measurement Corp
Priority date: 1972-08-15
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1974-03-14
Also published as: GB1421567A; CA990534A; FR2196464B1; US3837222A; FR2196464A1

Description

Patentanwälte O *3 / 1 / Q β

Dipl.-mg. E. Eder /J4 I4öb

Dipl.-Ing. K. Schieschke
8 München 13, Elisabethstraße 34

SANDS MEASUREMENT CORPORATION Dallas, Texas, USA'

Lastmeßelement

Die Erfindung betrifft Lastmeßelemente, insbesondere ein Lastmeßelement mit einem Balkenteil und Mitteln zur Messung der Spannung in dem Balkenteil bei dessen Durchbiegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues, verbessertes Lastmeßelement zur genauen Messung der in einem großen Bereich liegenden Kräfte zu schaffen.

Eine Teilaufgabe besteht darin, ein Lastmeßelement zu schaffen, wobei ein Balkenteil, das sich bei der zu messenden Belastung durchbiegt, von Mitteln gestützt wird, die die Einwirkung äußerer Kräfte auf das Balkenteil beseitigen oder auf ein Minimum reduzieren, wodurch eine genaue Messung der Last erreicht wird.

Eine weitere Teilaufgabe besteht darin, ein Lastmeßelement von einfacher Bauart zu schaffen, das leicht zusammengebaut werden kann und eine sehr genaue Messung der Last ermöglicht.

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Das Lastmeßelement nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein im wesentlichen rechteckiges planes Wirkteil mit zwei parallelen Längsschlitzen* die einen mittleren Balkenteil bilden, zwei Tragteile, die in Abstand und parallel zu dem Balkenteil angeordnet sind, und Endteilen, die die Außenenden des Balkenteils und der Tragteile verbinden, wobei das Wirkteil zwei nach außen im Abstand zu den Tragteilen angeordnete Stützteile aufweist, die mit den Mittelteilen der Tragteile zur Stützung des Wirkteils verbunden sind, wobei das Balkenteil einen Mittelteil aufweist, auf den eine Kraft übertragen wird, sowie einem Lagermittel, das unterhalb des Wirkteils angeordnet ist und feste horizontale Stützflächen bildet, die in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen, wobei die Stützteile auf diesen Stützflächen aufliegen und fest damit verbunden sind.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lagerblock mit schmalen Tragflächen oder -schneiden versehen, die sich quer unter den Tragteilen in deren Mitte erstrecken, um eine Drehbewegung der Tragteile um die parallel zur Längsachse der Tragteile verlaufende .xchse zu verhindern.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die Tragteile gegenüber den Stützteilen an den Berührungsstellen der Tragteile mit den Stützteilen nicht bewegt werden, so daß weder die Tragteile noch die Stützteile abgenutzt werden können.

Die Länge der biegsamen Tragteile soll gleich der Länge des davon getragenen biegsamen B-:lkenteils sein, wobei die Breite der beiden Stützteile zusammen gleich der Breite des Balkenteils ist, wodurch eine Biegung der Tragteile bei einer gegebenen Belastung gleich der Biegung des Balkenteils ist.

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Der Lagerblock weist Mittel zur Ausübung einer bestimmten Vorspannung auf die Tragteile auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Lastmeßelements, wobei einige Teile entfernt sind;

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Lastmeßelements;

Fig. 3 eine Darstellung des in Fig. 1 dargestellten Lastmeßelements von unten;

Fig. 4- eine Schnittansicht entlang der Linie 4—4- in Fig. 1; Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 1;

Fig. 6 eine Queransicht, teilweise im Schnitt, einer geänderten Ausführungsform des Lastmeßelements;

Fig. 6A eine graphische Darstellung der. Verbindung des Trägerteils des Lastmeßelements mit einem elektrischen Stromkreis, der ein Ausgangssignal abgibt, das entsprechend der auf das Balkenteil einwirkenden Last sich ändert;

Fig. 7 eine Gesamtansicht einer modifizierten Ausführungsform des Lastmeßelements, wobei einige Teile entfernt sind;

Fig. 8 eine Seitenansicht des in Fig. 7 dargestellten Lastmeßelements ;

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Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 in Fig. 7» Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 7;

Fig. 11 eine Darstellung des in Fig. 7 dargestellten Lastmeßelements von unten^

In Fig. 1 bis 6 der Zeichnung ist das Lastmeßelement 20 dargestellt, das einen Lagerblock 21 und ein Wirkteil 22 auf-" weist, wobei das Wirkteil 22 als Wiegeschale dient, die auf einer geeigneten Unterlage, z.B. einer rechteckigen Platte montiert ist, welche auf einer planen Oberfläche, beispielsweise einer Tischplatte aufliegt. Das plane, aus Stahl oder einem anderen geeigneten elastischen Material bestehende Wirkteil 22 ist im wesentlichen rechteckig ausgebildet und weist zwei parallele Längsschlitze 25» 26 auf, die von parallelen äußeren Tragteilen 27, 28 sowie von einem mittleren Balkenteil 29 begrenzt sind. Die Außenenden des mittleren Balkenteils 29 sind an den Außenenden der Tragteile 27, 28 durch die Endteile 30, 31 des Wirkteils 22 befestigt. Der Balkenteil 29 ist vorzugsweise so breit wie die Tragteile 27, 28 zusammen.

Das Wirkteil 22 wird von dem Block 21 durch zwei sich seitlich nach außen erstreckende Stützteile 3J₁ 34- getragen, die außerhalb der Mittelteile der Tragteile 27, 28 angeordnet und mit diesen durch die Verbindungsteile 35» 36 verbunden sind, welche schmäler sind als die Stützteile 33, 34 selbst.

Die Stützteile 33, 34 liegen auf den auf der Oberfläche planen horizontalen Flächen der Endteile 38, 39 des Lagerblocks auf, die sich von den Tragteilen 27, 28 des Wirkteils 22 nach außen erstrecken.

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Die Stützteile 33, 34- können an den Blockendteilen 38, 39· durch Schweißstellen 40, 41 oder durch Bolzen 42, 4-3 befestigt sein, die sich nach unten durch fluchtende Öffnungen in den Stützteilen 33, 34- und in den Endteilen 38, 39 des Lagerblocks in Gewindet»öhrungen 4-6 des Grundteils 23 erstrecken.

Der Lagerblock weist eine Mittelausnehmung 48 auf, damit sich das Mittelstück des Balkenteils 29 nach unten durchbiegen kann. Die nach oben zusammenlaufenden Flächen 52, bilden einen quer angeordneten, im wesentlichen dreieckigen Teil 51 des Blocks, und somit eine horizontal angeordnete, schmale Schneide oder Fläche 54-, die mit dem Mittelstück des Tragteils 27 und des Verbindungsteils 35 des Wirkteils in Eingriff steht. Auf der anderen Seite der Mittelausnehmung 4-8 weist der Block dementsprechend einen im wesentlichen dreieckigen Teil 55 auf, der von den nach oben zusammenlaufenden Flächen 56 und 57 gebildet wird, die wiederum eine schmale Schneide oder Tragfläche 58 bilden, welche mit dem querverlaufenden Mittelstück des Tragteils 28 und des Verbindungsteils 36 des Wirkteils in Eingriff steht.

Die Schneiden 54- und 58 liegen in derselben horizontalen Ebene wie die Oberflächen der Endteile 38 und 39 des Lagerblocks.

Bei Verwendung des Lastmeßelementes in einer Waage ist eine Plattform 60, auf die die zu wiegenden Gegenstände gelegt werden, mit dem Mittelstück des Balkenteils 29 durch einen Lagerblock 61 verbunden, dessen Bodenfläche auf dem Mittelstück des Balkenteils 29 aufliegt und auf irgendeine geeignete Weise, z.B. durch Schweißen daran befestigt ist. Die Breite des Lagerblocks 61 ist gleich der Breite A der Verbindungsteile 35 und 36. Die Plattform 60 kann natürlich

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auf irgendeine geeignete Weise mit dem Block 61 verbunden sein, beispielsweise durch eine Schraube 62, die durch eine geeignete Öffnung der Plattform in eine nach oben offene Gewindebohrung des Lagerblocks führt.

Wie aus Fig. 4- ersichtlich, biegt sich das Balkenteil 29 nach unten durch, wenn die Plattform 60 belastet wird, und kommt in eine Stellung, wie sie gestrichelt in Fig. 5 dargestellt ist, wobei durch die Abwärtsbewegung die Außen— enden der Tragteile 27, 28 ebenfalls abwärts bewegt werden, da der von der Last ausgeübte Druck durch die Endteile 30, des Wirkteils auf die äußeren entgegengesetzten Lndteile der Tragteile 27, 28 übertragen wird. Wenn die Last auf die Fiattform 60 gelegt wird, bewegen sich die entgegengesetzten Enden der Trägerteile nach unten, wie es mit gestrichelten Linien in Fig. 5 dargestellt ist.

Es ist klar zu ersehen, daß der Teil 27a des sich im wesentlichen von der gewölbten Seitenfläche 35a des Verbindungsteils 35 zur Fläche 30a des Verbindungsendteile 30 des Wirkteils erstreckenden Tragteils 27 biegsam oder federnd sein kann, ebenso wie der andere Endteil 27b des sich im wesentlichen von der Seitenfläche 35b des Verbindungsteils 35 zur Fläche 31a des Endteils 30 erstreckenden Stützteils 27 als Feder wirkt. Das Tragteil 27 und das Verbindungsteil 35 sind so breit, daß bei einer normalen Belastung des Balkenteils 29 mit zu wiegenden Gegenständen, die auf die Plattform 60 gelegt v/erden, der Verbindungsteil 35 und das Hittelstück des Tragteils 27, die genauso lang wie die Breite der schmälsten Mittelstelle des Verbindungsteils 36 sind, nicht wesentlich durchgebogen werden kann. Infolgedessen kann das Tragteil 27 nur entlang den Teilen 27a und 27b gebogen' werden. Genauso kann der andere Tragteil 28 nur entlang den Teilen 28a und 2Sb gebogen werden, die sich zwischen den Flächen 36a und 30b und den flächen 36b und

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31b erstrecken. Das Balkenteil 29 wird entlang den Teilen 29a und 29b gebogen oder durchgebogen, und zwar zwischen den Seitenflachen 61a und 61b des Plattformlagerblocks 61 und den Endflächen 30a, 30b _t 31a und 31b, die die äußersten Enden der Schlitze 25 und 26 bilden. Der Lagerblock 61 ist zwischen den Seitenflächen 61a und 61b im wesentlichen genauso breit wie die Verbindungsteile 35 und 36. Da der Lagerblock 61 den Mittelteil 29c des Balkens stabilisiert, sind die sich biegenden Teile 29a und 29b des Balkens 29 zusammen im wesentlichen gleich lang wie die sich biegenden Teile 27a und 27b der Tragteile 27 und 28 zusammen. Da außerdem die Tragteile 27 und 28 zusammen gleich breit sind wie das Balkenteil 29» ist die Belastung der Tragteile gleich der Belastung des Balkenteils 29. Diese gleiche Belastung führt dazu, daß die Spannung der Ober- und Unterflächen des Balkens 29 an den beiden Belastungsmessern 71a,- 71b und 72a, 72b sich im wesentlichen linear zur geweiligen Belastung ändert, so daß der kombinierte Widerstand der Belastungsmesser entsprechend der jeweiligen Belastung schwankt, wobei diese leicht für das direkte Ablesen umgewandelt werden kann.

Die Belastungsmesser sind mit dem Balkenteil vorzugsweise an den Bi-egestellen verbunden, wodurch' sie frei von äußerer Kräfteinwirkung, z.B. von Torsionskräften,sind. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind die Belastungsmesser auf der Innenseite der Innenenden der gewölbten Flächen 30 und 31 angeordnet, die die entgegengesetzten Enden der Schlitze und 27 bilden.

Diese Belastungsmesser sind in eine; Wheatstone'sehe Brücke eingeschaltet, wie sie in Fig. 6a dargestellt ist, wobei die Widerstände der Meßvorrichtungen 71a und 72a zunehmen und die Widerstände der Meßvorrichtungen 71b und 72b abnehmen,

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wenn sich das Balkenteil gegenüber den Endteilen 30 und 31 des Wirkteils nach unten durchbiegt. Hierdurch wird der Stromfluß zwischen den Ausgangsklemmen 74- und 75 der Brücke erhöht. Zwischen den Ausgangsklemmen ist irgendeine geeignete Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein Strommesser 76 geschaltet. Die Brückeneingänge 77 und 78 sind wie üblich an eine Gleichstromquelle angeschlossen.

Während bei der dargestellten Ausführungsform der Ausgang der Wheatstone'sehen Brücke an eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist, kann selbstverständlich ihr Eingang auch mit einer Computer- oder Steuervorrichtung verbunden sein, um das Gewicht anzuzeigen oder eine andere Steuervorrichtung zu steuern.

Die Flächen 54 und 58 stützen die Mittelteile der Tragteile 27 und 28 gegen jegliche Drehbewegung, wie mit Pfeilen in Fig. 3 angedeutet ist. Dementsprechend beschränken oder verhindern die Endteile 30 und 31 des Wirkteils die Einwirkung von Drehkräften auf die Außenteile der äußeren Enden des Balkens und der Tragteile. Die Flächen ^M- und 58 dienen nicht zur vertikalen Stützung des Wirkteils 24-, sondern diese Funktion übernehmen die Verbindungsteile 35 und 36, noch stützen sie die Tragteile 27 und 28, was ebenfalls von den Verbindungsteilen 35 und 36 übernommen wird.

Infolgedessen können sich die Teile 27a, 27b und 28a, 28b der Tragteile auf den beiden Seiten der Verbindungsteile 35 und 36 und die Balkenteile 29a und 29b je nach der auf den Balken von einem auf die Plattform 60 gelegten Gegenstand oder einer Last ausgeübten Belastung frei durchbiegen und in den Ausgangswerten der Wheatstone¹sehen Brücke wird in weiten Belastungsbereichen eine lineare Veränderung und eine außerordentliche Genauigkeit erzielt.

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Auf Grund der Halterung der Tragteile an ihren äußeren Längskanten, wodurch die biegsamen Teile 27a, 27b und 28a, 28b sich frei v-on den entgegengesetzten Enden der mit den Tragteilen fest verbundenen Verbindungsteile 35 und 35a aus nach unten durchbiegen können," wirken auf die Tragteile keine äußeren Kräfte oder Spannungen ein, durch welche das Balkenteil sich nichtlinear zur Belastung biegen würde.

Bei bestimmten Anwendungsζwecken können die der Einwirkung der Drehkraft engegenwirkenden Flächen 54- und 58 entbehrlich sein, so z.B. wenn die Lasten in einem beschränkten Gewichtsbereich liegen oder die Verbindungsteile 35 und 36 im Vergleich zu der Lan ge der Tragteile 27 und 28 verhältnismäßig breit sind.

Das Lastmeßelement 20a in Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsform des Lastmeßelements 20 dar. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugsziffern versehen, wobei nur jeweils ein ¹¹ a" hinzugefügt ist.

Das Lastmeßelement 20a unterscheidet sich von dem Lastmeßelement 20 nur dadurch, daß der Lagerblock 80 eine andere Form hat und etwas anders auf dem Bälkenteil 29 montiert ist. Der Lagerblock 80 weist eine nach unten offene Ausnehmung 81 auf, die den oberen Teil des Balkenteils 29 aufnimmt, der durch Schweißstellen 82 daran befestigt ist, so daß die Verbindungsstelle des Lagerblockes 80 im wesentlichen an der neutralen Achse des Waagbalkenteils 29 liegt, wobei

die horizontale Ebene, in der die neutrale Achse liegt, zwischen dem oberen und unteren Ende der Schweißstellen verläuft. Hierdurch wird jede äußere Krafteinwirkung auf ein Minimum reduziert, die durch die Schweißstellen auf das Balkenteil einwirkt, wenn dieses bei Belastung durchgebogen wird.

I>ns Eastmeßelement 20c in Fig. 7 bis 11 ist ähnlich dem Lastmeßelement 20. Dementspr4&Äfid' wurft«r Seine Teile auch mit

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denselben Bezugsziffern versehen, wobei nur jeweils ein "c" hinzugefügt wurde. Das Lastmeßelement 20c unterscheidet sich von dem Lastmeßelement 20 hauptsächlich dadurch, daß auf die Tragteile 27c und 28c und die Verbindungsteile 35c und 36c eine Aufwärtsvorspa-nnung ausgeübt wird. Das Stützteil 33c besitzt Teile 91 und 92, die sich in Längsrichtung zu den entgegengesetzten Endteilen 83 und 84 des Lagerblocks 21c erstrecken und auf dessen horizontalen Oberflächen aufliegen. Die äußersten Enden der Teile 91 und 92 sind an den Lagerblockteilen 93 und 94 befestigt. Dementsprechend besitzt der Lagerungsteil 34c Längsteile 98 und 99* die sich in längs entgegengesetzten Richtungen von dem Verbindungsteil 36c erstrecken und an den Enden 101 und 102 des Lagerblocks durch Schweißstellen 103 und 104 befestigt sind.

Der Lagerblock ist an der Grundplatte 23c durch Bolzen 105 befestigt, die durch fluchtende öffnungen in den Stützteilen 33c und 34c und die vier Endteile des Lagerblocks führen und in Gewindebohrungen der Grundplatte eingeschraubt sind.

Der Lagerblock weist zu beiden Seiten der Mittelausnehmung sehr schmale mittlere Lagerungsflächeo 110 und 111 auf, die mit den querverlaufenden Mittelteilen der Lagerteile 33c und 34c, den Verbindungsteilen 35c und 36c und den Tragteilen 27c und 38c in Eingriff stehen. Die Flächen 110 und 111 liegen in einer gemeinsamen Ebene und sind auf der Innenseite der Ebene, in der die Oberflächen der Lagerblockteile 93» 94, 103, 104 liegen im Abstand zueinander angeordnet, so daß auf die Verbindungsteile und die Tragteile in der Mitte eine Spannung nach oben ausgeübt wird.

Demzufolge werden die Belastungsmesser 71ac, 71bc, 72ac und 72bc belastet, so daß die Wheatstone'sehe Brücke unter keinen Belaßtungsbedingungen unausgeglichen ist.

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Das Lastmeßelement 20c kann verwendet werden, wenn außerordentlich geringe Lasten zu messen sind, wobei außerordentlich dünne Wirkteile verwendet werden und wobei die Vorspannung gewährleistet, daß zwischen den Verbindungsteilen 35c und 36c und den Flächen 110 und 111 ein vorhersehbarer Kontakt aufrechterhalten wird. Außerdem sind die Schweißstellen 95, 96 des Lastmeßelements 20c auf dem Stützteil 33c soweit vom Verbindungsteil 35c entfernt angebracht, daß Belastungen am Verbindungsteil durch die Schweißstellen beim Anschweißen eines dünnen Wirkteils vermieden werden.

Das Lastmeßelement ist demnach von sehr einfacher Bauart und besitzt ein Wirkteil, dessen Balkenteil sich bei Belastung durchbiegt, um dessen Belastung durch geeignete Mittel wie z.B. Belastungsmesser festgestellt bzw. gemessen wird.

Das Wirkteil ist außerdem isoliert oder vor äußerer Krafteinwirkung geschützt, die für die Genauigkeit der Ausgangswerte des Lastmeßelements von Nachteil wäre, insbesondere wenn sehr große Lastbereiche zu messen sind.

Bei einer Belastung wird auf die Hälfte der Belastungsmesser eine Spannung und auf die andere Hälf-te ein Druck ausgeübt, so daß gleiche unter Spannung stehende Belastungsmesser durch dieselbe Anzahl gleicher unter Druck stehender Belastungsmesser kompensiert werden, wodurch lineare Ausgangswerte der kombinierten Belastungsmesser erzielt werden.

Bei dem beschriebenen Lastmeßelement war in allen Fällen eine nach unten vertikale Belastung vorgesehen; es kann jedoch auch eine nach oben vertikal zu messende Belastung vorgenommen werden, wobei das Signal der Wheatstone¹sehen Brücke umgekehrt wie bei einer Belastung nach unten gepolt

' Pitontmwin·

409811/0398 Dipl.-mg. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Schlichte

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Claims

Patentansprüche :

Lastmeßelement, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen rechteckiges planes Wirkteil (22) mit zwei parallelen Längsschlitzen (25·, 26), die einen mittleren Balkenteil (29) bilden, zwei Tragteile (27, 28), die in Abstand und parallel zu dem Balkenteil angeordnet sind, und Endteilen (30, 31), die die Außenenden des Balkenteils und der Tragteile verbinden, wobei das Wirkteil zwei nach außen im Abstand zu den Tragteilen angeordnete Stützteile (33» 3^) aufweist, die mit den Mittelteilen der Tragteile zur Stützung des Wirkteils verbunden sind, wobei das Balkenteil einen Mittelteil aufweist, auf den eine Kraft übertragen wird, sowie einem Lagermittel (21), das unterhalb des Wirkteils angeordnet ist und feste horizontale Stützflächen (54, 58) bildet, die in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen, wobei die Stützteile auf diesen Stützflächen aufliegen und fest damit verbunden sind.
2) Lastmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirkteil (22) Verbindungsteile von geringerer Breite als den Stützteilen aufweist, welche die Tragteile (27, 28) mit den Stützteilen verbinden.
3) Lastmeßelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock schmale Schneidkanten (54, 58) aufweist, die sich auf der Innenseite der Stützflächen erstrecken, welche in der horizontalen Ebene unter den Verbindungsteilen und den Tragteilen liegen und damit in Eingriff stehen.
4) Lastmeßelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Tragteile (27, 28) zusammen gleich der Breite

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des Balkenteils (29) ist.
5) Lastmeßelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile teilweise die Stützflächen überdecken und sich auf der Innenseite der inneren Enden der Stützflächen erstrecken.
6) Lastmeßelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Balkenteil im Mittelteil zur Übertragung einer Kraft ein Verbindungsteil aufweist.
7) Lastmeßelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

. daß die Verbindungsvorrichtung einen Lagerblock aufweist,

der eine«. nach unten offene. Ausnehmung zur Aufnahme des ■ Trägerteils aufweist..
8) Lastmeßelement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock an den Seiten des Balkens mit Schweißstellen befestigt ist.
9) Lastmeßelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die neutrale Achse der Balkenteile im Abstand zwischen den oberen und unteren Enden der Schweißstellen hindurchführt.

Patente DIpI.-mg. DIpI.-Ing. K. 8 München 13, EIj

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