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Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
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Biegebalken Die Erfindung betrifft einen als Biegebalken ausgebildeten
eßaufnehmer, insbesondere für Kraftmeßdosen, der in einer Ausnehmung einer Montageplatte
angeordnet und an seinem einen Ende fest mit der Montageplatte verbunden ist. Biegebalken
werden seit langem in Kraftmeßdosen zur Messung von Kräften, Lasten o. dgl. von
etwa 1 t bis 100 t verwendet.
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Die durch die Last verursachte Biegung des Biegebalkens, die an bestimmten
Stellen desselben zu Dehnungen und an anderen Stellen zu Stauchungen des Materials
führt, wird mit Hilfe von an seiner Oberfläche in den gedehnten oder gestauchten
Bereichen angeordneten Dehungsmeßstreifen festgestellt, die dehnungs- bzw. stauchungsabhängige
Widerstände darstellen. Die in Relation zu dem Gewicht stehende Widerstandsänderung
der Dehnungsmeßstreifen wird beispielsweise mittels einer Wheatstone-BrUcke in ein
elektrisches Signal umgewandelt, das fortlaufend registriert odgr auch zur momentanen
Lastmessung benutzt werden kann.
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Ein bekannter Biegebalken dieser Art1 der geeignet ist Kräfte bis
10 kp umzuwandeln ist als ein Stab mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt
ausgebildet, der einstückig mit einer Montageplatte ausgebildet ist, wobei die Montageplatte
beispielsweise als eine kreisrunde Platte mit einem Durchmesser von etwa 4,5 cm
und einer Dicke von
etwa 5 mm ausgebildet ist. In diese Platte ist
ein etwa U-förmiger, rechtwinkliger Schlitz eingefräst, so daß eine etwa rechteckige
Ausnehmung entsteht, zwischen deren Längsflanken das verbleibende Material den Biegebalken
bildet.
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Dieser ist dann in der Art eines einseitig am Randbereich der Platte
eingespannten Stabes ausgebildet. Die Montageplatte weist längs ihres Randes verteilt
angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben auf, mit denen die Montageplatte
mit dem Gehäuse der Meßdose verbunden ist.
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Der Biegebalken und die Platte bestehen aus einem hochwertigen elastischen
Stahl, der eine möglichst gute Linearität der Durchbiegung des Balkens in Abhängigkeit
von der angreifenden Last gewährleistet. Die elastischen Eigenschaften des Stahles
sollen sich nach zahlreichen Durchbiegungen des Balkens nicht ändern, damit die
Eichung der Meßdose erhalten bleibt.
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Es kann nun aber leicht vorkommen, daß eine solche Meßdose, die stets
nur für einen begrenzten Meßbereich ausgelegt sein kann, überlastet wird, beispielsweise
wenn die zu messende Kraft aus nicht vorhersehbaren Gründen zu groß wird. Der Biegebalken
kann dann über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht werden, so daß er nicht
mehr in seine ursprüngliche Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Meßdose ist dann unbrauchbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen
Biegebalken der eingangs genannten Art zu schaffen, der gegen eine Uberlastung zuverlässig
gesichert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Biegebalken
an seinem freien Ende mit einem über die seitliche und/oder stirnseitige Begrenzung
der Ausnehmung hin aus ragenden Anschlag versehen ist, dessen Anschlagsfläche, die
bei Uberlast an der einen zur Angriffsrichtung der Last normalen Begrenzungsfläche
der Montage zur Anlage kommt, in
einem der zulässigen Auslenkung
des Biegebalkens entsprechenden Abstand von dieser Begrenzungsfläche angeordnet
ist. Die Auslenkung des freien Endes des Biegebalkens ist dann durch den Anschlag
begrenzt und in vorteilhafter Weise dadurch eine Durchbiegung des Biegebalkens über
die Elastizitätsgrenze seines Materiales hinaus verhindert. sinne mit dem erfindungsgemäßen
Biegebalken ausgestattete Meßdose kann daher auch einer Oberlast standhalten, ohne
daß ihre Bereitschaft zu einer exakten Messung für die bei der fertigen Anlage auftretenden
geringeren Normalbelastungen beeinträchtigt wird.
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Durch die Erfindung ist daher auf besonders einfache Weise gegen einem
seit langem bestehanden BedürSnis nach einerg gtypische Belastungen geschützten
Meßdose Rechnung getragen. Die Einsatzmöglichkeiten für einen begrenzten Meßbereich
ausgelegter Meßdosen ist dadurch erheblich erhöht, da der erfindungsgemäße Biegebalken
so dimensioniert sein kann, daß sein Meßbereich nur für die üblicherweise auftretenden
Belastungen ausgelegt ist, die dann mit erhöhter Genauigkeit meBbar sind, aber gegen
Spitzenbelastungen unempfindlich ist.
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Demgegenüber müssen die bekannten Biegebalken, wenn sie nicht beschädigt
werden sollen, im allgemeinen für die zu erwartende Höchstlast ausgelegt sein, also
für einen erheblich größeren Meßbereich, was die Genauigkeit der Messung in den
üblichen Belastungen entsprechenden Meßbereich notwendig einschränkt.
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Eine für die Herstellung des Biegebalkens und der Montageplatte zweckmäßige
Formgebung derselben besteht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darin, daß
der Biegebalken eine in der Ebene der einen zur Angriffsrichtung der Last normalen
Begrenzungsfläche der Montageplatte verlauf enden Längsfläche aufweist, die unter
dem Einfluß der Last in die Ausnehmung hineingebogen wird und daß der Anschlag als
ein am freien Ende des Biegebalkens befestigtes, im Querschnitt im wesentlichen
T-förmiges Toilaisgebildet ist, dessen senkrechter SchinliL in seiner Höhe der maximalen
Auslenkungdes freien Endes des Biegebalkens entspricht.
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Als Anschlag kann dann ein in der genannten Form auf einfache Weise
als Drehteil herstellbarer Körper verwendet werden, der mittels einer Schraube oder
durch Schweißen an dem Biegebalken befestigbar ist. Auch die bekannten Formen von
Biegebalken können mit einem solchen Anschlag ausgestattet werden, wobei es bei
Biegebalken, deren in der zur Montagplatte normalen Richtung gemessene Höhe größer
ist als die in dieser Richtung gemessene Dicke der Platte notwendig sein kann, den
Anschlag mit senkrecht nach unten ragenden Anschlagstücken zu versehen, deren lichter
Abstand von der Oberfläche der Montageplatte dann der höchst zulässigen Auslenkung
des freien Endes des Biegebalkens entsprechen muß.
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Eine besonders einfache und preisgünstige Herstellung des erfindungsgemäßen
Biegebalkens und der Montageplatte ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung dadurch gegeben, daß der Biegebalken als ein mit seinem einen Ende am
äußeren Rand der Ausnehmung der Montageplatte angeschweißtes, gesondert hergestelltes
Teil ausgebildet ist.
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Dies hat den Vorteil, daß die Ausnehmung der Platte dann durch Ausstanzen
aus dem Plattenmaterial erzielt werden kann, wonach der Biegebalken in diese Ausnehmung
eingeschweißt wird. Die Herstellung des Biegebalkens mit Montageplatte wird dadurch
erheblich verbilligt. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen des Biegebalkens
mit einer Höhe, die größer ist als die Dicke der Montageplatte. solche Biegebalken
mußten bei einstückiger Ausführung mit der Montageplatte durch Abfräsen der Montageplatte
auf eine ingere Dicke als die des Biegebalkens hergestellt werden, was ein erseits
mit erheblichem Arbeitsaufwand und andererseits auch mit einem hohen Materialverlust
an hochwertigem,für die Herstellung des Biegebalkens notwendigem Material verbunden
wäre. Demgegenüber kann die Montageplatte erfindungsgemäß aus einer Platte mit der
vorgesehenen Dicke gefertigt und der Biegebalken aus einem Material der für diesen
vorgesehenen Stärke ohne nennenswerten Materialverlust hergestellt werden. Auch
ist es bei dem erfindungsgemäßen Biegebalken möglich, die Montageplatte
aus
einem anderen und billigeren Material herzustellen, als den Biegebalken selbst,
was die aus Bigebalkenund Montageplatte bestehende Baueinheit weiter verbilligt.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn gemäß einer Ausfijhrungsform
der Erfindung der Anschlag auf verschiedene Abstände von der einen iiängsfläche
des Biegebalkens bzw. der einen mit dem Anschlag zur Anlage kommenden Begrenzungsfläche
der Montageplatte einstellbar ist. Der Anschlag kann dann auf einfache Weise auf
den korrekten lichten Abstand von der Montageplatte eingestellt werden.
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Ein solchermaßen einstellbarer Anschlag wird gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung dadurch realisiert, daß er als eine in eine Gewindebohrung
am freien Ende des Biegebalkens einschraubbare, mit einem Feingewinde versehene
Schraube ausgebildet ist, deren Kopfdurchmesser größer ist als die Breite der Ausnehmung
der Montageplatte.
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Der korrekte Abstand der als Anschlagfläche.benutzten unteren Begrenzungsfläche
des Schraubenkopfes von der diesen zugewandten Begrenzungsfläche des Biegebalkens
oder der dem Schraubenkopf zugewandten oberen Begrenzungsfläche der Montage platte
kann dann entweder in der Weise hergestellt werden, daß zwischen dem Schraubenkopf
und dem Biegebalken als Distanzstück eine Unterlegescheibe der entsprechenden Dicke
angeordnet ist, oder auch dadurch, daß der Schraubenkopf an sein er Unterseite einen
Ansatz der vorgesehenen Höhe aufweist, mit dem der Schraubenkopf an der Oberfläche
des Biegebalkens abgestützt ist.
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Zweckmäßig ist es in jedem Fall, wenn die Stellung eines schraubbaren
Anschlages durch eine Konterschraube gesichert ist, die von der den Anschlag gegenüberliegenden
Seite des
Biegebalkens aus in die durchzehznde Gewindebohrung eingeschraubt
ist, 90 daß die Stellung des Anschlages auch nach mehrmaliger Anlage desselben an
der Montngeplatte nicht verändert werden kann. Wenn die Anschlagfläche einen genügenden
Abstand von der ihr zugewandten Begrenzungsfläche des Biegebalkens aufweist, ist
es auch möglich, den Anschlag mittels einer an dieser Begrenzungsfläche abgestfitzten
Kontermutter zu fixieren.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung
anhand der Zeichnung.
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Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Biegebalken mit Nontageplatte
in Draufsicht, etwa in natrlicher Größe, Fig. 2 den Biegebalken nach der Fig. 1
im Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Biegebalken 1 ist als länglicher
Stab mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, der in einer Ausnehmung 2 einer Montageplatte
3 so angeordnet ist, daß seine eine, in der gewählten Darstellung obere Begrenzungsfläche
4 in der Ebene der oberen Begrenzungsfläche 5 der Montageplatte verläuft, wenn der
Biegebalken 1 nicht belastet ist.
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Die Montageplatte 3 und die Ausnehmung 2 sind symmetrisch zu der senkrecht
zur oberen Begrenzungsfläche 4 des Biegebalkens bzw. zur oberen Begrenzungsfläche
5 der Montageplatte 3 verlaufende Längsmittelebene des Biegebalkens 1 ausgebildet.
Die Montageplatte 3 weist in der Draufsicht die Form einer Kreisscheibe auf, von
der zwei Kreisabschnitte mit parallel zur
Längsmittelebene des
Biegebalkens verlaufenden Sehnen abgenommen sind, so daß sie durch zwei parallel
zu der genannten Längsmittelebene des Biegebalkens verlaufende Außenflächen 6 und
7 und zwei in Längsrichtung des Biegebalkens gegenüberliegende, bogenförmig gekrümmte
und ebenfalls normal zur glatten Ebene verlaufende Außenflächen 8 und 9 begrent
ist.
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Die in Längsrichtung des Biegebalkens gemessene Länge der Montageplatte
3 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 4,5 cm, der seitliche Abstand
der parallel zueinander verlaufenden seitlichen Begrenzungsflächen etwa 3,5 cm.
Der Krümmungsradius der gekrümmten Begrenzungsläche 8 und 9 ist dann 2,25 cm.
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Die Ausnehmung 2 der Montageplatte 3 beginnt bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel in einem Abstand von etwa 5 mm vom linken äußeren Rand 9 der
Nontageplatte 3 und erstreckt sich wie auch der Biegebalkens 1 bis über die Mitte
der Montageplatte hinaus nach rechts. Die Ausnehmung 2 ist im wesentlichen als ein
in Längsrichtung des Biegebalkens verlaufender Schlitz mit parallel zu den seitlichen
Begrenzungsflächen 10 und Ii des Biegebalkens verlaufenden seitlichen Begrenzungswänden
12 und 13 ausgebildet, dessen Breite nur wenig größer ist als die Breite des Biegebalkens
1, der seinerseits etwas kürzer ist als die Länge dieses Schlitzes, dessen dem freien
Ende 14 des Biegebalkens 1 benachbarter Rand 15 gekrümmt verläuft, mit einem der
halben Breite das Schlitzes entsprechenden Krümmungsradius.
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An seinem anderen Ende 16 ist der Biegebalken 1 am linken Rand 17
der Ausnehmung 2 angeschweißt. Die Ausnehmung 2 weist dort zu beiden Seiten des
fest mit der Montageplatte verbundenen Endabschnittes 16 des BYgebalkens 1 angeordnete
halbkreisförmige Ausbuchtungen 18 und 19 auf, die einerseits das Anschweißen des
Biegebalkens 1 an der Montageplatte 3 und andererseits auch deren Herstellung erleichtern.
Die Montageplatte,
deren Dicke in der Größenordnung von 5 mm liegt,
kann dann auf einfache Weise so hergestellt werden, daß sie im Bereich des freien
Endes 14 des Biegebalkens 1 benachberten Rand mit entsprechend gewählter Bohrung
durchbohrt und sodann das zwischen den drei Bohrungen verbleibende Material entsprechend
der vorgesehenen orm der Ausnehmung 2 ausgestanzt wird.
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Zur Befestigung der Montageplatte 3 in einer nicht dargestellten Meßdose
sind in den durch die geradlinig und gekrümmt verlaufenden Begrenzungsflächen 6
bis 9 der Montageplatte 3 gebildeten Eckbereichen durchgehende Bohrungen 20 bis
24 und mit diesen konzentrische Sackbohrungen 24 bis 27 größeren Durchmessers, jedoch
geringerer Tiefe vorgesehen, so daß diese Bohrungen äe eine ringförmige stufe aufweisen,
an der der Kopf einer in der Platte versenkt angeordneten Befestigungsschraube abgestützt
ist. Längs der Ränder der Montageplatte 3 verteilt sind mindestens drei weitere
durchgehende Bohrungen 29 bis 31 vorgesehen, die in den Ecken eines gleichschenkligen
Dreieckes angeordnet sind und mit an der Meßdose angeordneten Zentrierstiften zur
exakten Justierung der Montageplatte zusammenarbeiten.
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Der in der Zeichnung dargestellte Biegebalken ist so ausgelegt, daß
die von dem Meßobjekt auf den Biegebalken ausgeübte Kraft in Richtung des in der
Fig. 2 dargestellten Pfeil es 32 senkrecht zu der mit der Montageplatte koplanaren
Begrenzungsfläche 4 des Biegebalkens 1 einwirkt. Das freie Ende 14 des Biegebalkens
wird dann unter dem Einfluß der Last an seiner Oberseite unter Dehnung derselben
in die Ausnehmung 2 hineingedrückt, während die Unterseite des Biegebalkens 1 unter
stauchung des unteren Randes 33 des Biegebalkens aus der Ausnehmung 2 herausgedrückt
wird.
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Die Auslenkung des freien Endes 14 des Biegebalkens ist durch einen
an der Oberseite 4 des Biegebnlkens an seinem freien Ende angeordneten Anschlag
34 begrenzt, damit der Biegebalken durch eine zu große Kraft nicht über die El<stizitätsgrenze
seines Material es hinaus beansprucht werden kann.
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Dieser Anschlag ist als eine Schraube mit einem kreisscheibenförmigen
knopf 34 ausgebildet, dessen Durchmesser größer ist als die Breite der Ausnehmung
2. Diese Schraube 34 ist in eine durchgehende, bezogen auf die Montageitte in deren
Zentrum angeordnete Gewindebohrung in den freien Endabschnitt 14 des Biegebalkens
angeordnet und kann durch eine von unten her in die Gewindebohrung 1 geschraubte
Konterschraube 36 in ihrer Stellung fixiert werden. Um die untere Begrenzungsfläche
37 des ochraubenkopfes 35 exakt in dem dem maximal zulässigen Auslenkungsweg des
freien Endes 14 des Biegebalkens entsprechenden Abstand von der Oberfläche 5 der
Montageplatte 3 bzw. der mit dieser koplanaren Fläche 4 des Biegebalkens zu halten,
ist der Schraubbolzen mit einem Schaft 38 mit einer diesem maximalen Auslenkungsweg
entsprechenden Höhe versehen1 wobei der Durchmesser dieses Schaft es 38 etwas größer
ist als der Durchmesser der Gewindebohrung 39 des Biegebalkens, aber etwas kleiner
als die Breite des Biegebalkens, so daß der Schaft in die Ausnehmung 2 eintreten
kann, wenn der Biegebalken belastet wird und die Auslenkung desselben erst dann
begrenzt ist, wenn die untere Anlagefläche 37 des Schraubenkopfes mit der Oberfläche
5 der Montageplatte zur Anlage kommt.
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Zur Messung der Kraft ist der Biegebalken, dessen Höhe etwas größer
ist als die Dicke der Montageplatte 3, sowohl an seiner Oberseite als auch an seiner
Unterseite mit einem in üblicher Weise entweder durch Kleben oder durch Aufdampfen
aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen 40 versehen, der in bekannter Weise zur Zeugung
eines elektrischen MeßsignAles verwendet wird, das in Relation zu der lastabhängigen
Dehnung bzw.
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Stauchung an der Ober- bzw. Unterseite des Biegebalkens steht.
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An seiner der Montageplatte abgewandten Seite ist der Anschlag mit
einem Gewindebolzen 41 versehen, an dem zur Einleitung der Meßkraft auf den Biegebalken
benötigte weitere, nicht dargestellte Teile, angeschraubt werden können.
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Die Erfindung ist zahlreicher Abwandlungen fähig, die weitere Vorteile
bringen können. Beispielsweise können der Biegebalken und die Montageplatte aus
verschiedenen Stählen gefertigt sein und es kann, je nach der Größe und Formdes
Biegebalkens auch eine andere Form der Ausnehmung gewählt werden, beispielsweise
eine dreieckige Form mit abgerundeten Ecken, die ebenfalls durch Stanzen leicht
herstellbar ist.