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B i e g e b a l k e n
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Die Erfindung betrifft einen Biegebalken mit zwei im Abstand parallel
zueinander verlaufenden, an ihren voneinander abgewandten Außenflächen mit Dehnungsmeßstreifen
versehenen, plattenförmigen Meßfedern gleichen Federkonstanten, die an ihrem einen
Ende durch einen Montageblock und aa ihren anderen Ende durch einen Block miteinander
verbunden sind, an dem in der zur Ebene der Meßfedern Senkrechten Richtung die zu
messende Kraft eingeleitet wird, unter daren Einfluß die Meßfedern eine s-förmige
Durchbiegung erfahren.
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Solche Biegebalken werden als Meßwertgeber in Kraftmeßdosen vemsendet,
wobei die unter dem Einfluß der Meßkraft erfolgende Dehung oder Stauchung der Dehnungsmeßstreifen,
die als dehmungs- bzw. stauchungsabhängige Widerstände ausgebildet sind, zur Ableitung
eines elektrische Signals ausgenutzt wird, das der Me3kraft proportional ist, oder
in einer sonstigen eindeutigen 3eziehung zu der Meßkraft steht. Das lleßsignal wird
dabei in der Regel von einer Schaltungseinrichtung in der Art einer Wheatstone'schen
Brücke erzeugt, die über elektrtische
Leitungen und beispielsweise
an Anschlußfahnen der Dehnungsmeßstreifen anliegenden Kontaktfedern die Widerstandsänderung
der Dehnungsmeßstreifen erfaßt. Das Anzeigegerät einer solchen Brückenschaltung
kann dann direkt in kp geeicht sein. Grundsätzlich ist es möglich, eine solche Schaltungsanordnung
in Verbindung mit verschiedenen Kraftmeßdosen zu verwenden, wobei allerdings, wenn
die Biegebalken und die Dehnungsmeßstreifen verschieden ausgebildet sind, eine erneute
Eichung erforderlich ist.
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Da der Preis für die zur Erzeugung; des elektrischen Signals notwendigen
Einrichtungen in der Regel erheblich gröber ist als der Preis für einen mit Dehnungsmeßstreifen
versehenen Biegebalken, der gegebenenfalls auswechselbar in einer Eraftmeßdose angeordnet
sein kann, wäre es vorteilhaft, wenn Biegebalken zur Verfügung stünden, mittels
welcher Kraftmeßdosen ohne Verlust der Eichung der elektrischen Heßeinrichtungen
für sehr unterschiedliche lleßbereiche umgerüstet werden könnten.
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Bei einem bekannten Biegebalken der eingangs genannten Art sind die
beiden lleßfedern durch die eine zentrale Aussparung mit rechteckigem Querschnitt
an ihren Ober- und Unterseite begrenzenden Stege eines quaderförmigen Stahlbldcks
gebildet. Biegebalken dieser Art können für einen anderen Meßbereich dadurch ausgelegt
werden, daß die Breite der Meßfedern bzw. des Stahlblocks verändert wird. Wird beispielsweise
die Breite eines solchen Biegebalkens verdoppelt, so wird der Maximalausschlag eines
Anzeigeinstrumentes dann erreicht, wenn die Meßkraft ebenfalls verdoppelt ist, sofern
die Dehnungsmeßstreifen jeweils gleich ausgebildet und angeordnet sind. Es ist dann
also möU,-lich, eine einmal geeichte elektrische Signaleinrichtung unter Berücknichtigung
eines durch das Verhältnis der Breite des zur Messung benutzten Biegebalkens zu
derjenigen eines normal breiten Biegebalkens bestimmten Eickfaktors für verschiedene
Meßbereiche zu benutzen. nachteilig hierbei ist jedoch, daß der Variation des Meßbereiches
sehr enge Grenzen gesetzt sind, da bei sehr breiten lleßfedern die Gefahr besteht,
daß sie unter dem
Einfluß der lleßkraft eine Verwindung erfahren,
die die N'eßgenauigkeit erheblich beeinträchtigt.
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Au3erdem sind bei einer Verbreiterung dar Biegebalken auch durch die
üblichen Abmessungen von Kraftmeßdosen enge Grenzen gesetzt. In praktischen Fällen
ist daher auf die genannte Art und Weise eine Veränderung des Meßbereichs allenfalls
uia einen Faktor 2 möglich.
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Eine zweite ilöglichkeit, den bekannten Biegebalken für größere lleßkräfte
auszulegen, besteht darin, die Dicke der Federn zu vergrößern, womit sich eine erhebliche
Vergrößerung der Federkonstanten und damit eine erhebliche Veränderung des Meßbereichs
erzielen läßt. Dann ergibt sich allerdings, im Gegensatz zu verbreiterten Biegebalken,
der iTachteil, daß die strenge Protortionalität der Federkonstanten zu der veränderten
Dimension verlorengeht, da bei verhältnismäßig dicken Meßfedern der Beitrag der
die Dehnung und Stauchung beschreibenden Materialkonstanten auf die die Durchbiegung
der Meßfedern beschreibende Federlconstante für jede Dicke ein anderer ist und sich
auch nicht rechnerisch einfach erinitteln läßt. Dieser Einfluß kann daher auch dann
nicht einfach durch einen Eichfaktor berücksichtigt werden, wenn die an den dickeren
Meßfedern angeordneten Dehnungsmeßstreifen identisch mit den an Federn anderer Dicke
angeordneten Meßstreifen ausgebildet sind. Schon aus diesem Grunde ist für jede
Federdicke eine eigene Eichung der elektrischen Signaleinrichzungen notwendig. Es
kommt hinzu, daß bei dicken ließfedern der abstand der neutralen Zone von der Oberfläche,
an der die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, größer ist, so daß an sich identische
Dehnungsmeßstreifen, die an verschiedenen Biegebalken mit verschiedener. Federdicke
angeordnet sind, auch bei gleicher mittlerer Durchbiegung der Ileßfeder eine andere
Stauchung oder Dehnung erfahren und damit ein jeweils verschiedenes elektrisches
Verhalten zeigen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Biegebalken zu schaffen, die
es ermöglichen, eine einmal geeichte Meßdose und deren elektrische
Signaleinrichtungen
ohne Verlust der Eichung, lediglich unter Berücksichtigung konstanter Eichfaktoren
in Verbindung mit für verschiedene Meßbereiche ausgelegten Biegebalken zu benutzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den
beiden, die Dehnungsmeßstreifen tragenden äußeren Meßfedern mindestens eine weitere
Meßfeder bekannter Federkonstante in zu den äußeren lleßfedern mechanischer Parallelschaltung
vorgesehen ist, wobei die Meßfedern symmetrisch zu der zur Angriffsrichtung der
Meßkraft senkrecht verlaufenden Längsmittelebene des Biegebalkens angeordnet sind.
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Durch diese Ausbildung des Biegebalkens wird erreicht, daß eine oder
mehrere zwischen den äußeren Meßfedern angeordneten weitere iießfedern in sehr guter
Näherung einen bekannten additiven Beitrag zur Gesamtfederkonstanten des Biegebalkens
liefern, wobei es sich wegen der symmetrischen Ausbildung des Biegebalkens erreichen
läßt, daß Abweichungen von der strengen Additivität der Federkonstanten innerhalb
der Meßgenauigkeit liegen. Bei mechanischer Parallelschaltung in der genannten Symmetrie
können für die zwischen den äußeren, die Dehnungsmeßstreifen tragenden Meßfedern,
solche der verschiedensten Formen und Stärke angeordnet werden, sofern die Federkonstante
solcher Federformon, gegebenenfalls in einem gesonderten Eichexperiment, einmal
festgestellt worden ist. Es ist auch nicht notwendig, daß die Zwischenfedern dieselbe
Breite aufweisen wie die äußeren Meßfedern, sofern die Anordnung der Federn auch
symmetrisch zu der die Angriffsrichtung der Meßkraft enthaltenden Längsmittelebene
des Biegebalkens angeordnet sind, wie es eine mechanische Parallelschaltung im strengen
Sinne erfordert. Der große Vorteil der Erfindung, der daraus resultiert, daß die
Form der Durchbiegung der äußeren Neßstreifen erhalten bleibt, wobei lediglich die
maxinale Durchbiegung, je nach der Größe der resul-- -e- Gesamtfederkonstanten bei
verschiedenen iießkräften mit wird, liegt darin, daß für verschiedene Meßkräfte
aus-Biegebalken der erfindungsgemäßen Art in ein und der-Meßdose mit deselben elektrischen
Signaleinrichtungen
benutzt werden können, ohne daß die Eichung
derselben verlorengeht, wobei lediglich ein durch das Verhältnis der Federkonstanten
des jeweils benutzten Biegebalkens zu derjenigen eines normalen Biegebalkens bestimmten
Eichfaktor berücksichtigt vjerden mu2. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß für sehr verschiedene Meßbereiche ausgelegte Biegebalken dieselben äußeren
Abmessungen aufweisen und daher in Verbindung mit einer einzigen Standardmoßdose
verwandbar sind.
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Zwar können die Zwischenfedern, wenn deren mehrere vorgesehen sind,
auch unter Wahrung der o.G. Symmetriebedingungen noch sehr verschieden ausgebindet
werden, jedoch ist es für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Biegebalkens vorteilhaft,
wenn die zwischen den äußeren Meßfedern und den zwischen diesen angeordneten weiteren
ileßfedern verbleibenden Schlitze dieselbe Breite aufweisen, wie es gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, wobei es in weiterer Ausgestaltung
derselben auch vorteilhaft ist, wenn insbesondere die zwischen den äußeren Meßfedern
angeordneten weiteren Meßfedern identisch ausgebildet sind.
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Bin solcher Biegebalken ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
aus einem massiven Block hergestellt, in dem in parallelen Längsebenen Schlitze
eingefräst sind, so daß die zwischen diesen Schlitzen verbleibenden Stege die inneren
Meßfedern bilden. Ein solches Teil ist leicht auf einer automatisch arleitenden
Fräsmaschine herstellbar. Dabei kann so verfaliren werden, daß an dem Ende der herzustellenden
Schlitze zunächst den Block durchquerende Bohrungen vorgesehen werden, in die ein
Fräswerkzeug eintritt, mit dem das zwischen den Bohrungen stehänden Material ausgefräst
wird, wobei die Bohrungen und der Fräser zweckmäßigerweise einen der vorgesehenen
Schlitzbreite entsprechenden Durchmesser aufweisen. Die normal zur Angriffsrichtung
der lleßkraft verlaufenden Flanl=en der inneren Meßfedern laufen dann symmetrisch
zu ihrer Längsmittelebene kreisbogenförmig gekriiinnt in den Montageblock und in
den Block zur Einleitung der Meßkraft ein, während die äußeren Meßfedern nur
an
die jeweils den inneren Meßfedern zugewandten Seiten mit einer solchen Krümmung
in diese: Blöcke einlaufen. Dies hat aber zur Folge, daß die Dicke der inneren Meßfedern
an ihren einander gegenüberliegenden Endabschnitten im Mittel geringfügig größer
ist als die Dicke der äußeren Meßfedern, wenn ansonsten die Dicke der IleSfedern
in ihren parallel zueinander verlaufenden Abschnitt gleich ist Dies würde aber bedeuten,
daß die Federkonstanten der äußeren Neßfedern und der inneren Meßfedern in einem
solchen Fall etwas verschieden wären.
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t.Rinschenswert ist jedoch, wenn sämtliche Heßfedern dieselbe Federkonstante
aufweisen, damit ein Eichfaktor sich auf einfache Weise aus der Zahl der lleßfedern
ableiten läßt.
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Dies läßt sich bei einem in der genannten Weise hergestellten Biegebalken
auf einfache Weise dadurch erreichen, daß die äußeren Meßfedern eine etwas größere
Dicke aufweisen als die zwischen den Schlitzen verbleibenden Stege, wobei der Dicke
unterschied so bemessen ist, daß der die Federkonstante der inneren Meßfedern, etwas
vergrößernde Einfluß ihrer breiteren Endabschnite gerade egalisiert wird.
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Ein erfindungsgemäßer Biegebalken kann aber auch in der Weise hergestellt
werden, daß die lleßfedern einstückig mit den Montageblock oder dem Block zur Einleitung
der iießkraft ausgeführt sind, und daß der Block zur Einleitung der Meßkraft bzw.
der Montageblock als an die freien Enden der Meßfedern angeschweißtes, getrennt
hergestelltes Teil ausgebildet ist. Die Schlitze können dann vom freien Ende der
Meßfedern her eingesägt werden, wobei sich Schlitzformen mit exakt rechteckigem
Querschnitt erzielen lassen, so da3 es zu Erzielung gleicher Federkonstanten aller
Meßfedern genügt, wenn diese dieselbe Dicke aufweisen.
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Hierbei lassen sich, etwa unter Verwendung von Diamantsägen mit sehr
dünnen Sägblättern, wie sie zur Herstellung dünner Halbleiterscheiben aus einem
Halbleiterstab verwendet werden,
sehr geringe Schlitzbreiten erzielen,
so daß der zwischen den äußeren Meßfedern verbleibende Raum weitgehend zur Anordnung
von Zwischenfedern ausgenutzt werden kann. Die äußeren Meßfedern können dann längs
ihrer freien Stirnkanten mit den anzuschweißenden Teil und die Stirnflächen der
Zwischenfedern durch Punktschweißen mit diesem verbunden sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das angeschweißte Teil gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung einen zu den die Meßfedern tragenden Teil komplementären
kammförmigen Querschnitt mit zwischen die Federn greifenden Leisten aufweist.
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Es genügt dann im Prinzip, wenn lediglich-die äußeren Meßfedern mit
den anzuschweißenden Teil verschweißt sind, da dann die Meßkraft über die Querleisten
auch auf die Zwischenfedern übertragen wird, wenn diese nicht angeschweißt sind.
Jedoch ist auch bei einer solchen Ausbildung eine Schweißverbindung sämtlicher Meßfedern
mit den anzuschweißenden Teil möglich und durch den großen überlappungsbereich der
komplementären Teile erleichtert, die durch je eine Schweißnaht, die quer zu den
Außenflanken der Stege und der Leisten geführt ist, miteinander verbunden werden
können, oder auch durch Punktschweißen.
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Vorteilhaft ist es nach, wenn die Meßfedern, gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, als flache Platten ausgebildet sind und der Montageblock
und der Block zur Einleitung der Meßkraft als getrennte Teile hergestellt und an
die Platte angeschweißt sind. Die Meßfedern können dann besonders rationell aus
Blechen der vorgesehenen Dicke ausgestanzt werden. Es ist dann auch möglich, den
Montageblock und den Block zur Sinleitung der Meßkraft aus einem anderen Material
zu fertigen als die Meßfedern, was zu einer erheblichen Verbilligung der Eerstellung
beitragen kann, da es für die Funktionsfähigkeit eines Biegebalkens genügt, wenn
lediglich die ijeßfedern aus einem hochwertigen elastischen Stahl bestehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Montageblock und/oder
dcr Block zur Einleitung der IIeSlLraft durch Endabschnitte
der
Meßfedern und zwischen diesen angeordnete und mit diesen verschweißte Distanztlatten
gebildet.
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Dieser Aufbau der erfindungsgem.ä3'en Biegebalkens ermöglicht seine
Herstellung lediglich aus gestanzten Blechteilen, wobei sich durch geeignete Wahl
der Distanz stücke beliebige Schlitzbreiten mit großer Genauigkeit erzielen lassen.
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Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Biegebalkens ermöglicht eine
weitgehende Variation der Federkonstanten der 1eßfedern und gestattet es auch, Federn
aus verschiedenen Materialien miteinander zu kombinieren. Auch ist es bei Biegebalken,
bei denen jede eiazelne lleßfeder als getrenntes Teil ausgebildet ist, auf einfache
Weise möglich, ihre Federkonstante vor ihrer Verbindung mit weiteren Meßfedern zu
einen Biegebalken zu bestimmen und dadurch den für die Benutzung der elektrischen
Meßeinrichtungen notwendigen Eichfaktoren zu ermitteln.
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Besonders =nstige Elastizitätseigenschaften der vorbehandelten Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Biegebalken lassen sich dann erreichen, wenn der Biegebalken bzw.
dessen Einzelteile aus gewalzten Stahlblechen gefertigt sind, wobei die Ausbildung
und Anordnung des Biegebalkens bzw. seiner Einzelteile so getroffen sind, daß die
Angriff srichtung der iießkraft mit der Walzrichtung des oder der Bleche zusammenfällt.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich
aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
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Es zeigt: Fig. 1 Einen erfindungsgemä3en Biegebalken im Schnitt längs
seiner horizontalen Längsmittelebene, unter dem Einfluß einer Last durchgebogen,
in schematischer Darstellung, Fig. 2 eine erste, einstückige Ausführungsform eines
erfindungsgemäf
3en Biegebalkens in derselben Schnittdarstellung,
Fig. 3 den Biegebalken nach der Fig. 2 in einer Ansicht von oben, Fig. 4 einen Biegebalken
mit angeschweißtem Montageblock, im Schnitt längs der vertikalen Längsmittelebene
des Biegebalkens und Fig. 5 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 4, jedoch bei einem
aus einzelnen Blechen zusammengesetzten Biegebalken.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Biegebalken ist , wie den gestrichelten
Linien entnehmbar ist, in unbelastetem Zustand bezüglich seiner Außenabmessungen
als ein Quaderförmiger ,Stahlblock ausgebildet, dessen Länge etwa 3 bis 4 mal so
groß ist wie seine Höhe und dessen Breite in der Größenordnung seiner Höhe liegt.
Der Biegebalken 11 ist mit seinem einen Ende, das als ein massiver Nontageblock
12 ausgebildet-ist, in ein lediglich schematisch angedeutetes Halteteil 13 einer
nicht dargestellten Kraftmeßdose eingespannt. Das andere, freie Ende des Biegebalkens
ist ebenfalls als ein massiver Block 14 zur Einleitung der zu messenden Kraft ausgebildet,
an dem diese Kraft in Richtung des Pfeiles 15 senkrecht zur Oberfläche des Biegebalkens
angreift.
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Aus dem IGaterial des Biegebalkens sind drei parallel zu seinen horizontalen
Außenflächen 16 und 17 verlaufende Schlitze 18, 19 und 20 herausgearbeitet, die
symmetrisch zu der in der gestrichelt eingezeichneten Ruhestellung des Biegebalkens
horizontal verlaufenden Längsmittelebene desselben ausgebildet sind.
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Der mittlere Schlitz 19 ist etwa dreimal so breit wie der und der
untere Schlitz 13 und 20.
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Die an der Ober- und Unterseite des Biegebalkens verbleibenden Stege
21 und 22 mit gleicher Dicke und die zwischen den Schlitzen 18, 19 und 20 verbleibenden
beiden Zwischenstege 23 und 24
mit ebenfalls gleicher Dicke bilden
He3federn, die unter der Wirkung der Meßkraft die in der Fig. 1 in ausgezogenen
Linien und übertrieben dargestellte s-förnige Durchbiegung erfahren.
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Die MeAfedern 21 bis 24 sind zwischen dem Montageblock 12 und dem
Block 14 in einer mechanischen Parallelschaltung angeordnet, in der sich die Federkonstante
des Biegebalkens 11 additiv aus den Federkonstanten der einzelnen Meßfedern zusammensetzt.
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Wird der Block 14 unter dem Einfluß der Meßkraft um eine durch die
Gesamtfederkomstante des Biegebalkens 11 und die GröZe der Meßkraft bestimmte Hubhöhe
h nach unten gedrückt, wobei seine äußere vertikale Stirnfläche 25 wegen der Durchbiegung.der
DIe3-federn 21 bis 24 ein kurzes Stück d in Richtung auf das IIllteteil 13 bewegt,
so werden die Meßfedern 21 bis 24 an ihren dem Hontageblock 12 bzw. dem Block 14
zugewandten Enden jeweils in entgegengesetztem Sinne gekrümmt, während die beiden
Blöcke 12 und 14 keine nennenswerte Verformung erfahren. Im Bereich des Montageblocks
sind die oberen Begrenzungsflächen der Meßfedern 21 bis 24 konvex und ihre unteren
Begrenzungsflächen konkav gewölbt, während in der Bäile des Blockes 14 zur Einleitung
der Meßkraft die oberen Begrenzungsflächen der Meßfedern konkav und ihre unteren
Begrenzungsflächen konvex gewölbt sind. Dort, wo die Außenflächen der Meßfedern
21 bis 24 in dem angegebenen Sinne konvex gekrümmt werden, erfährt das Material
der Meßfedern eine Dehnung, während es dort, wo die Krümmung konkav ist, gestaucht
wird, wobei das Maß der Dehnung bzw. Stauchung einerseits von der Grö3e der Meßkraft
und der Federkonstanten des Biegebalkens 11 und andererseits von der Dicke der Meßfedern
oder anders ausgedrückt von Abstand der Au3enflächen der Meßfedern von deren neutraler
Biegezone abhängig ist, die jeweils in der 1-litte zwischen den Außenflächen einer
einzelnen i-le3feder liegt. Eine Dehnung oder Stauchung der Meßfedern tritt nicht
ein, wo deren Krümmung das Vorzeichen wechselt, das heißt im Bereich ihrer Quer-
zur Längsrichtung des Biegebalkens verlaufenden vertikalen Mittelebene, die in Längsrichtung
des Biegebalkens gesehen, zonenunterschiedliche Krümmung trennt.
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Die ein Maß für die Größe der zu messenden Kraft darstellenden Dehnungen
oder Stauchungen der Meßfedern werden mit IIilfe von Drehnungsmeßstreifen 25, 27,
23 und 29, die in den Zonen stärkster Dehnung bzw. Stauchung der einander abgewandten
Außenflächen 16 und 17 der äußeren Meßfedern 21 und 22 angeordnet sind, in ein elektrisches
Meßsignal umgewandelt, das, je nach dem Zweck, zu dem der Biegebalken 11 eingesetzt
ist, entweder fortlaufend registriert wird oder kurzzeitig abgelessen wird, um einen
Momentanwert der angreifenden Kraft festzustellen.
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Die Dehnungsmeßstreifen - mechanisch fest mit den anderen IIe3-federn
21 und 22 verbundene, dehnungs- bzw. stauchungsabhängigeelektrische Widerstände
- sind zur Erzeugung des elektrischen Meßsignals üblicherweise in einer Brückenschaltung
in der Art einer Wheatstone'schen Brücke miteinander verbunden, wobei die zur Realisierung
der Brückenschaltung und zur Ablesung bzw. zur Registrierung des elektrischen Signale
vorgesehenen Schaltunge-und Anzeigeelemente in einem von der Meßdose entfernt angeordneten
Gerät zusammengefaßt sein können. Die Dehnungsmeßstreifen werden dann über Kontakteinrichtungen
und Zuführungsleitungen mit diesem Gerät elektrisch verbunden. Das von einer solchen.
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Meßeinrichtung erzeugte Signal ist somit abhängig von der Größe der
Meßkraft, der Gesantfederkonstanten des Biegebalkens und von den geometrischen Abmessungen
der äußeren Meßfedern 21 und 22.
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Geht man davon aus, daß in dem mittleren Schlitz 19 des 3iegebalkens
11 eine oder. mehrere weitere Ite3federn angeordnet arerden könnten, durch die die
Gesamtfederkonstante des Biegebalkens 11 auf das Doppelte erhöht würde, so wäre
das Meßsignal für die doppelte Last dasselbe wie das mit Hilfe des 3iegebalkens
11 gemä<3 Fig. 1 erzeugte Meßsignal unter der einfachen Last. Es genügt dann,
die Anzeige der in Verbindung mit den ursprünglichen Biegebalken 11 in Gewichtseinheiten
geeichten elektrischen Signal- oder Anzeigeeinrichtung mit den Eichfaktor 2 zu multiplizieren,
der das Verhältnis der vergrößerten zu der ursprünglichen Federkonstanten wiedergibt,
um die Grö3e der mit dem verstärkten Biegebalken gemessenen Kraft zu erhalten. Entsprechendes
gilt
für andere Federkonstantenverhältnisse in Bezug auf einen einmal geeichten "Normalbiegebalken".
Die elektrische Anzeigevorrichtung kann daher ohne erneute Eichung, lediglich unter
Berücksichtigung eines konstanten Eichefaktors, in Verbindung mit jedem anderen
Biegebalken benutzt werden, sofern nur dessen äußere, die Dehnungsmeßstreifen tragenden
Me.»federn und die Dehnungsmeßstreifen selbst identisch mit den äußeren lleßfedern
bzw. Dehnungsmeßstreifen desjenigen "Normalbiegebalkens" ausgebildet sind,-für den
die elektrische Anzeigeeinrichtung geeicht worden ist. Durch geeignete Variationen
der Zahl- und Federkonstanten der Ue3federn können daher bei sonst gleichen Äußenabmessungen
Biegebalken für sehr verschiedene Meßbereiche hergestellt und in Verbindung mit
einer einzigen Kraftmeßdose benutzt werden.
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In den Fig. 2 bis 5 sind spezielle Ausführungsformen solcher Biegebalken
dargestellt, deren prinzipieller Aufbau demjenigen des Biegebalkens 11 nach der
Fig. 1 entspricht.
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Der in der Fig. 2 in einer Seitenansicht und in der Fig. 3 in einer
Ansicht von oben dargestellte Biegebalken 30 ist als einstückiger Stahlblocl; ausgebildet
mit fünf identisch ausgebildeten, symmetrisch zur horizontalen Längsmittelebene
des Biegebalkens 30 und symmetrisch zu der ztrischen dem I-Iontageblocl; 36 und
dem Block 37 zur Einleitung der Meßkraft senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden
vertikalen ilittelebene des Biegebalkens 30 angeordneten Schlitze.31 bis 35. Die
Schlitze 31 bis 35 sind mittels eines zylindrischen Fräsers, dessen Durchmesser
der vorgesehenen Schlitzbreite entspricht, in den Block 30 eingefräst, so daß ihre
dem Montageblock 36 und dem Block 37 zur Einleitung der Meßkraft zuge.zandten Begrenzungsflächen
38 bzw.
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39 halbkreisbogenförmig gekrümmt verlaufen. Die zwischen den Schlitzen
31 bis 35 verbleibenden Neßfedern 40 bis 43 bildenden Stege weisen dieselbe Dicke
auf, so daß sie Meßfedern gleicher Pederkonstanten bilden Darüberhinaus ist der
Biegebalken 30 so ausgebildet, daß auch die oberste SIeSfeder 44 und die unterste
lleßfeder 45 dieselbe Federkonstante aufweisen wie die
Zwischenmeßfedern
40 bis 43. Dies ist bei dem Biegebalken 30 dadurch erreicht, daß die Dicke des mittlerem,
durch planparallele Flächen begrenzten Abschnitts der obersten Meßfeder 44 und der
untersten IIeZfeder 45 etwas größer ist als die Dicke der dazu parallel verlaufenden
Mittelabschnitte der Zwischenfedera 40 bis 43. Wäre nämlich die Dicke dieser nittleren
Abschnitte der Meßfedern 40 bis 45 gleich, so wären die effektiven Federkonstanten
der äußeren Meßfedern 44 und 45 kleiner als diejenigen der Zwischenfedern 40 bis
43, da letztere sich beidseitig verbreiternd in den IIontageblock 36 und den Block
37 einlaufen, die äußeren Meßfedern 44 und 45 aber nur einseitig.
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Zur formschlüssigen Verbindung des Biegebalkens 30 mit einer nicht
dargestellten Meßdose weist der Montageblock an seiner in der Fig. 2 linken Außenseite
einen quaderförmigen Ansatz 46 auf, dessen Höhe etwas geringer ist als diejenige
des Biegebalkens 30 und dessen untere Begrenzungsfläche in der Ebene der unteren
Begrenzungsfläche des Biegebalkens 30 verläuft. Der quaderförmige Ansatz 46 ist
an seiner Oberseite und an seiner Unterseite mit in Querrichtung des Biegebalkens
30 verlaufenden Nuten 47 und 48 mit rechteckigem Querschnitt versehen, die eine
formschlüssige Verbindung des Biegebalkens 30 mit Befestigungsmitteln einer Meßdose
ermöglichen, die die äußeren Nutflanken 49 und 50 hintergreifen. Der Block 37 zur
Einleitung der Meßkraft in den Biegebalken 30 ist mit einer vertikal verlaufenden
Gewindebohrung 51 versehen, in die Mittel zur Einleitung der t-Ießkraft, sowie den
maximalen Auslenkungshub h des Blocks 37 begrenzende Anschlagmittel einschraubbar
sind.
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Bei einem für eine maximale rleßkraft von 8 lm ausgelegten Biegebacken
30 beträgt die zwischen den gemeinsamen Tangentialebenen an die gekrümmten äußeren
Begrenzungsflächen 38 und 39 gemessende Länge der Meßfedern 40 bis 45 lOmin, die
Dicke der Zwischenfedern 40 bis 43 0,4= und die Dicke der äußeren SIe3-federn 44
und 45 0,45mm, die Höhe des Biegebalkens 7mm, seine Breite 5mm und seine Gesamtlänge
etwa 21mm.
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Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Biegebalken 30 sind die
Dehnungsmeßstreifen 52 bis 55 an der Oberseite 56 der obersten Meßfeder 44 in den
am stärksten der Dehnung bzw. Stauchung unterworfenen Bereichen angeordnet. Die
vier Dehnungsmeßstreifen 52 bis 55 sind bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften
identisch ausgebildet und symmetrisch zu den beiden recht.rinklig zueinander verlaufenden
vertikalen Mittelebenen der Heßfedern 40 bis 45 angeordnet. Dieselbe Anordnung von
Deiinungs neSstreifen kann auch an der Unterseite 57 der untersten I-Ie3feder vorgesehen
sein.
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Jeder einzelne Dehnungs:aeßstreifen weist parallel zur Längsrichtung
des Biegebalkens 30 verlaufende Widerstandsstreifen auf, deren nebeneinander liegende
Enden paarweise durch versetzt zueinander angeordnete Kontaktplatten 59 miteinander
zu einem insgesamt rechteckt--rellenförnigon Verlauf verbunden sind. An den Enden
eines solchen Widerstandspfades sind Kontaktfahnen 60 und 61 angeordnet, auf denen
Ltonttfedern 62 abgestützt sind, die mit den zur Erfassung des Widerstandes der
Dehnungsmeßstreifen 52 bis 55 vorgesehenen weiteren elektrischen Einrichtungen verbunden
sind. Die Dehnungsmeßstreifen 52 bis 55 müssen von der leitenden Oberfläche 56 des
Biegebalkens 30 durch eine Isolierschicht abgesetzt sein, die eine gute Übertragung
der Dehnung bzw. Stauchung der iießfedor 44 auf die Dehnungsmeßstreifen gewährleistet.
Diese könnten entweder in der Art von Drahtwiderständen oder als Metallfolien oder
als auf eine isolierende Metalloxydschicht aufgedämpfte Widerstandpfade ausgebildet
sein.
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Der in der Fig. 4 dargestellte Biegebalken 63 entspricht in seinen
Außenabmessungen weitgehend dem Biegebalken 30 nach den Fi6. 2 und 3. Im Unterschied
zu dem Biegebalken 30 ist jedoch der Block 64 zur Einleitung der Meßkraft als ein
getrennt hergestelltes Teil ausgebildet, das mit in Längsrichtung des Biegebalkens
gesehen kurzen, sich über die Breite des Biegebalkens 63 erstreckenden Querstegen
65 passend in die Schlitze 66 zwischen den Meßfedern 67 des Biegebalkens eingreift,
die ihrerseits einstückig mit dem Montageblock 68 ausgeführt sind. Das
den
Montageblock 68 und die Meßfedern 67 umfassende Teil des Riegebalkens wird dadurch
hergestellt, daß die Schlitze 66 von der Stirnseite der lleßfedern 67 her in einen
größeren Stahlblock eingesaugt werden. Dadurch lassen sich Schlitze G6 mit exakt
rechteckigem Querschnitt und sehr kleinem Lichtdurchnesser erzielen, so daß Meßfedern
mit hohen Federkonstanten geschaffen werden. Die Schlitze 66 können entweder mittels
einer Bandsäge einzeln oder mit ililfe einer mehrere rotierende Sägblätter umfassenden
Säge, wie sie zur Teilung von Siliziumstäben in dünne Halbleiterplatten verwendet
wird, gleichzeitig hergestellt werden, wobei der Block in Richtung der Langsschlitze
66 und quer zu deren Längsrichtung geführt wird, damit die Schlitze 66 auch an ihren
dem Montageblock 63 zugewandten, senkrecht zur Ebene der Meßfedern 67 verlaufenden
Rändern geradlinig und nicht entsprechend der Krümmung der Sägeblätter gekrümmt
verlaufen.
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Die tießfedern 67 können mit dem Montageblock 64 mittels an der Ober-
und Unterseite des Biegebalkens quer verlaufenden und sich über den Überlappungsbereich
der Meßfedern 67 mit den Quer-Stegen 65 des Montageblocks 64 erstreckenden Schweißnähten
69 und 70 oder auch durch Punktschweißen zugfest verbunden sein.
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Der in der Fig. 5 dargestellte Biegebalken 71 entspricht in seiner
äußeren Form etwa den in der Pig. 1 dargestellten Biegebalken. Die lleßfedern 72
bis 75 des Biegebalkens 71 sind als rechteckige Blechplatten gleicher geometrischer
Abmessungen ausgebildet. Die dem Montageblock 12 und dem Block 14 des Diegebalkens
11 nach der Fig. 1 entsprechenden Teile des Biegebalkens 71 sind durch zwischen
den Heßfedern 72 bis 75 angeordnete Distanzbleche 76 bzw. 77 gebildet, die mit den
Meßfedern 72 bis 75 durch Punktschweißen oder mittels lüngs ihrer aneinander grenzenden
Ränder vorlaufender Schweißnähte 77, 7C-, 79, 80 und/oder mittels etwa längs der
einander zugewandten Ränder der Distanzstücke 76 und 77 sich über die höhe des Biegebalkens
71 erstreckender Schweißnähte 81 bzw. 82 zugfest verbunden sein.
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Der Biegebalken 71 ist besondern einfach und billig aus gestanzten
Blechstücken herstellbar. Biegebalken der dargestellten Art
werden
aus gewalzten Blechen des Stahls mit der DIN-Bezeichnung 1.4540 hergestellt, wobei
die Biegebalken so hergestellt werden, daß die Angriffsrichtung der Meßkraft mit
der Walzrichtung übereinstimmt.