DE2439754C2

DE2439754C2 - Force measuring device

Info

Publication number: DE2439754C2
Application number: DE19742439754
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Grünbaum, Heinrich, Binningen (Schweiz)
Priority date: 1974-08-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1976-10-14
Also published as: DE2439754B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßvorrichtung mit einer an einem Ende eingespannten geraden Biegefeder, auf deren freien Teil die zu messende Kraft quer zur Einspannebene einwirken kann, bei der die Verformung der geraden Biegefeder durch einen Signalgeber abgegriffen wird und bei der clic Kraftübertragungsstelle für die zu messende Kraft quer zur F.inspannebene so angeordnet ist, daß der Abstand Biegekante — Kraft-Übertragungsstelle mehrfach kleiner ist als der Abstand Biegekante — Sigralabgriff.The invention relates to a force measuring device with a straight spiral spring clamped at one end, on the free part of which the force to be measured can act transversely to the clamping plane, in which the deformation the straight spiral spring is picked up by a signal transmitter and at the clic power transmission point for the force to be measured across the clamping plane as follows it is arranged that the distance between the bending edge and the force transmission point is several times smaller than the distance Bending edge - sigral tap.

Eine derartige Anordnung in Kraftmeßvorrichtungen, bei denen als Meßorgan eine einseitig eingespannte gerade Biegefeder dient, hat den Zweck, den kurzen Kraftmeßweg in einen längeren Hub des Signalgebers umzuwandeln, um eine bessere Auflösung des elektrischen Signals zu erreichen.Such an arrangement in force measuring devices in which the measuring element is a one-sided clamped The purpose of the spiral spring is to convert the short force measurement path into a longer stroke of the signal generator to convert to achieve a better resolution of the electrical signal.

In der durch die DL-PS 82 838 bekanntgewordenen Vorrichtung dieser Art werden auswechselbare Biegefedern für verschiedene Bereiche der zu messenden Kräfte vorgeschlagen. Hierfür sollen in einem einheitlichen Federstahlquerschnitt querverlaufende Aussparungen angebracht werden, welche die Materialdicke um so mehr schwächen, je kleiner die zu messenden Kräfte werden.In the device of this type made known by DL-PS 82 838, replaceable spiral springs are used suggested for different ranges of the forces to be measured. This should be done in a uniform Spring steel cross-section transverse recesses are attached, which the material thickness weaken the more the smaller the forces to be measured become.

Nachteilig ist bei dieser örtlichen Querschnittsverjüngung vor allem die Massenträgheit des freien Federteils, weil er seinen vollen, für die größten Kräfte berechneten Querschnitt auch beim Messen schwächster Kräfte beibehält. Nicht umsonst wird er kurz gehalten und durch ein bii zum Signalgeber reichendes »Übersetzungselement« ergänzt. Aber auch die Herstellung der Aussparungen in einem genauen Vergleichsnormal verlangt eine äußerst präzise Schleifarbeit.The main disadvantage of this local tapering of the cross-section is the inertia of the free spring part, because its full cross-section, calculated for the greatest forces, is also weakest when measuring Maintains powers. It is not for nothing that it is kept short and replaced by a "translation element" that extends to the signal transmitter. added. But also the production of the recesses in an exact comparison standard requires extremely precise grinding work.

In vielen industriellen Einsatzfällen wird die Feder neben der zu messenden Wirkkraft Fw zusätzlich mit einer Störkraft Fs belastet, die nicht mitgemessen werden sollte. Sie stammt häufig vom Gewicht der Mittel her, welche die Wirkkraft erfassen und der Meßvorrichiung zuleiten. Beispielsweise ist Fs beim Messen der Zugspannung Fw in einer Papierbahn das Gewicht der vom Papier umschlungenen Walze. Als Sammelbegriff für solche Kräfte ist das Wort Tara geläufig. Es besteht die Forderung nach einer Tara-Kompensation, bei welcher die Störkraft Fs durch geeignete Mittel von der Meßfeder ferngehalten wird, !n der bekannten Vorrichtung fehlt sie ganz.In many industrial applications, in addition to the effective force Fw to be measured, the spring is also loaded with an interference force Fs , which should not be measured. It often comes from the weight of the means that detect the effective force and pass it to the measuring device. For example, when measuring the tensile stress Fw in a paper web, Fs is the weight of the roller around which the paper is wrapped. As a collective term for such forces, the word tare is common. There is a requirement for a tare compensation in which the disturbing force Fs is kept away from the measuring spring by suitable means, which is completely absent in the known device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Ausführung der als Meßorgan dienenden geraden Biegefeder zu verbessern und die Tara-Kompensation zu verwirklichen.The invention is based on the object of the known To improve execution of the straight spiral spring serving as a measuring element and the tare compensation to realize.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das sich zwischen Biegekante und Signalabgriff erstreckende Teil einstückig als Blattfeder ausgebildet ist, daß eine Kompensationsfeder vorgesehen ist. die zum Ausgleich einer Tara in deren Wirkungslinie und auf der gegenüberliegenden Seite der Blattfeder einwirkt und daß die Kraft-Weg-Kennlinie der Blattfeder um ein Vielfaches steiler ist als die der Kompensationsfeder.This object is achieved according to the invention in that the one extending between the bending edge and the signal tap Part is designed in one piece as a leaf spring that a compensation spring is provided. the for Compensation of a tare in whose line of action and on the opposite side of the leaf spring acts and that the force-displacement curve of the leaf spring is many times steeper than that of the compensation spring.

Um die empfindlichen Meßteile vor äußeren Einflüssen zu schützen, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Blattfeder in einem Gehäuse angebracht, das quer zur Einspannebene eine Öffnung aufweist, die zur Führung eines die zu messende Kraft übertragenden Druckbolzens dient.To protect the sensitive measuring parts from external influences to protect, according to a further embodiment of the invention, the leaf spring is attached in a housing, which has an opening transversely to the clamping plane, which is used to guide the force to be measured transmitting pressure pin is used.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen erstens darin, daß statt der schweren Feder mit Einheitsprofil und Dickenaussparungen eine leichte Blattfeder zum Einsatz kommt, die bei gleicher Breite in fein abgestuften Blattdicken mit engen Toleranzen marktmäßig ist. Damit steht ohne zusätzliche Bearbeitung eine Reihe von Meßfedern mit abgestuften Federkonstanten für verschiedene Kraftbereiche zur Verfugung. Bei dieser Art Vergleichsnormal vermindern sich, im Gegensatz zur bekannten Lösung, Querschnitt und Massenträgheit des freien Federteils mit abnehmenden Meßkräften. Deswegen kann man sich hier erlauben, diesen Teil einstückig bis zum Signalgeber zu führen und auf das »Übersetzungselement« zu verzichten, was die Herstellung vereinfacht. Zum anderen bietet eine entsprechend breite Blattfeder eine gute Auflagefläche für die zwecks Tara-Kompensation eingesetzte Schraubenfeder. Durch die Kombination dieser beiden Federn wird die gestellte Aufgabe in einer einfachen Art gelöst. The advantages achieved by the invention are firstly that instead of the heavy spring with a unit profile and thickness recesses, a light leaf spring is used, which is marketable with the same width in finely graduated sheet thicknesses with tight tolerances is. This means that there is a series of measuring springs with graduated spring constants without additional processing available for different force ranges. With this type of comparison standard, in contrast, decrease to the known solution, cross-section and inertia of the free spring part with decreasing Measuring forces. Therefore you can allow yourself to lead this part in one piece to the signal transmitter and to do without the "translation element", which simplifies the production. On the other hand, one offers A correspondingly wide leaf spring provides a good contact surface for the helical spring used for the purpose of tare compensation. By combining these two springs, the problem posed is achieved in a simple manner.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing in longitudinal section and is described below described in more detail.

Zwischen dem Gehäuse 1 und dessen Deckel 2 ist die Blattfeder 3 mit Hilfe der Schrauben 4 (es sind deren vier) einseitig fest eingespannt Ein aus dem Deckel 2 herausragender Bolzen 5 ist in der Gleitbuchse 6 geführt und legt sich an die obere Seite der Blattfeder 3 an.Between the housing 1 and its cover 2 is the leaf spring 3 with the help of the screws 4 (there are four) firmly clamped on one side A bolt 5 protruding from the cover 2 is guided in the sliding bush 6 and rests against the upper side of the leaf spring 3.

Wirken auf den Bolzen 5 keinerlei Vertikalkräfte ein, so ist die Blattfeder 3 ganz entspannt und stellt sich in die strichliert gezeichnete Lage. Dabei liegt der Bolzen 5 mit seinem Kopf am Deckel 2 an. An ihrem freien Ende drückt die Blattfeder auf den Stellstift 7 eines elektrischen Signalgebers 8, beispielsweise eines Kurzwegpotentiometers. Da dieser Stift unter dem Einfluß einer im Signalgeber eingebauten, hier unsichtbaren, äußerst schwachen Feder aufwärts gestoßen wird, folgt er jeder Bewegung der Blattfeder 3 und veranlaßt-in ihrer entspannten Stellung die Abgabe des Nullsignals.If no vertical forces whatsoever act on the bolt 5, the leaf spring 3 is completely relaxed and moves into position the dashed line location. The head of the bolt 5 rests on the cover 2. At their free At the end, the leaf spring presses on the adjusting pin 7 of an electrical signal generator 8, for example a short-throw potentiometer. Since this pin is under the influence of a built-in, here invisible, extremely weak spring is pushed upwards, it follows every movement of the leaf spring 3 and causes-in their relaxed position, the emission of the zero signal.

Die schwarz gezeichnete Stellung der Blattfeder \ entsteht dann, wenn die auf den Bolzen 5 einwirkende Kraft F ihren Höchstwert erreicht hat. Dementsprechend erscheint auch das maximale elektrische Signal. Die Gesamtheit der Federlagen zwirchen diesen beiden äußersten Stellungen ergibt den Meßbereich der Vorrichtung. Innerhalb dieses Berc.chs bleibt das elektrische Signal verhältnisgleich dem Wege des Bolzens 5, vorausgesetzt, daß der Signalgeber als solcher ein lineares Verhalten aufweist. Der besagte Weg ist aber nichts anderes, als die Durchfederung unter dem Einfluß der Kraft F. und zwischen diesen Größen besteht bekanntlich bei einer Blattfeder strenge Proportionalität. The black drawn position of the leaf spring \ occurs when the force F acting on the bolt 5 has reached its maximum value. The maximum electrical signal appears accordingly. The totality of the spring layers between these two extreme positions gives the measuring range of the device. Within this range, the electrical signal remains in proportion to the path of the bolt 5, provided that the signal transmitter as such exhibits a linear behavior. The said path is nothing other than the deflection under the influence of the force F. and, as is well known, there is strict proportionality between these sizes in a leaf spring.

Indem die Blattfeder sich um die Kante 9 verbiegt, fülgi sie dem Hebelgesetz, welches besagt, daß die Wege des Bolzens 5 und des Stifts 7 sich so verhalten, wie deren Abstände von der Kante 9. In der Zeichnung ist dieses Verhältnis mit 1 : 3 gewählt, so daß hier fur den Signalgeber mit einem Stellweg von 1 mm ein Kraftweg von 0.33 mm anzuordnen wäre.As the leaf spring bends around the edge 9, They comply with the law of leverage, which says that the Paths of the bolt 5 and the pin 7 behave as their distances from the edge 9. In the drawing this ratio is chosen to be 1: 3, so that here for The signal transmitter would have to be arranged with a travel of 0.33 mm with a travel of 1 mm.

Da sich die Kraft F. wie eingangs gesagt, oft aus der zu erfassenden Wirkkomponente Fw und einem Störanteil Fs zusammensetzt, muß letzterer eliminiert werden. Dies geschieht mit Hilfe der Kompensatiorisfeder 10. welche auf die untere gegenüberliegende Seite der Blattfeder 3 drückt, und zwar so. daß die Mittelachsen der als Schraubenfeder ausgeführten Konipensationsfsder 10 und des Bolzens 5 zusammenfallen.Since the force F., as mentioned at the beginning, is often composed of the active component Fw to be detected and an interference component Fs , the latter must be eliminated. This is done with the help of the Kompensatiorisfeder 10, which presses on the lower opposite side of the leaf spring 3, namely as follows. that the central axes of the Konipensationsfsder 10 designed as a helical spring and the bolt 5 coincide.

Um die Gegenkraft zum Aufheben des Störanteils Fs einstellen zu können, ist die Schraube 11 und ein Teller 12 vorgesehen, auf den sich die Kompensationsfeder IO abstützt.In order to be able to adjust the counterforce for canceling the interference component Fs , the screw 11 and a plate 12 are provided, on which the compensation spring IO is supported.

Wichtig ist es aber, die Kompensationsfeder 10 um ein Vielfaches »weicher« /u machen als die Blattfeder s 3. Mit anderen Worten: Hs muß die Kraft-We^-Kennlinie der Blattfeder um ein Vielfaches steiler sein, als die der Kompensationsfeder. Letztere wird nur dann keine MeBverfälschung herbeiführen, wenn der Meßweg in ihr eine vernachlässigbar geringe Kraftänderung hervorruft. Sie wirkt in diesem Fall wie eine konstante Vorlast, unabhängig vom jeweiligen Wert der /u messenden Wirkkraft Fw. It is important, however, to make the compensation spring 10 "softer" many times over than the leaf spring s 3. In other words: the force-We ^ characteristic curve of the leaf spring must be many times steeper than that of the compensation spring. The latter will only not cause any falsification of the measurement if the measurement path causes a negligibly small change in force in it. In this case, it acts like a constant preload, regardless of the respective value of the effective force Fw measuring / u.

Zwecks besserer Übersicht wurde in der Zeichnung auf die Darstellung einiger Konjtruklionsteile verziehtet. Das wären z. B. einstellbare Anschläge für die höchste und tiefste Lage der Blattfeder sowie Anschlußklemmen oder eine Steckerbuchse.For the purpose of a better overview, some parts of the conjuncture have been shown in the drawing. That would be B. adjustable stops for the highest and lowest position of the leaf spring and terminals or a socket.

Der Bolzen 5 könnte an seinem oberen Ende eine Art Gabel bzw. eine öse mit Kugellager tragen, um die stillstehende oder rotierende Welle einer bereits erwähnten vom Band umsch, ingenen Walze aufzunehmen. In diesem Falle wären zwei solcher Kraftmeßvorrichtungen /u beiden Seiten der Walze erforderlich und deren Kompensationsfedern würden je die Hälfte des Walzengewichts aufheben. Fs wäre allerdings auch denkbar, auf der einen Seite ein gewöhnliches Stützlager zu verwenden. Derartige Anordnungen von Kraftmeßvorrichtungen zum beidseitigen oder einseitigen Erfassen dor Zugkraft in durchlaufenden Bahnen sind aber an sich bekannt.The bolt 5 could carry a kind of fork or an eyelet with ball bearings at its upper end to the stationary or rotating shaft of an already mentioned roll from the belt. In this case two such force measuring devices / u would be required on both sides of the roller and their compensation springs would each offset half of the roller weight. Fs would also be conceivable, on the one hand an ordinary support bearing to use. Such arrangements of force measuring devices for bilateral or unilateral Detecting the tensile force in continuous webs are known per se.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Force measuring device with a straight spiral spring clamped at one end, on its free one Part of the force to be measured can act transversely to the clamping plane, in which the deformation of the straight The spiral spring is torn off by a signal transmitter and in which the power transmission point for the The force to be measured is arranged transversely to the clamping plane in such a way that the distance between the bending edge and the force transmission line is several times smaller than the distance between the bending edge and the signal transmitter, characterized by that the part extending between the bending edge (9) and the signal tap is made in one piece is designed as a leaf spring (3). that a compensation spring (10) is provided. the for Compensation of a tare in its line of action and on the opposite side of the leaf spring (3) acts, and that the force-displacement curve of the leaf spring (3) is many times steeper than that of the compensation spring (10).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the leaf spring (3) in a housing (I,

2) is attached, which has an opening (6) transversely to the clamping plane, which is used to guide one of the to measuring force-transmitting pressure pin (5) is used.