DE2552170B2 - Kraftmeß-Biegebalken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftmeß-Biegebalken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Biegebalken werden als Meßwertgeber in Kraftmeßdosen verwendet, wobei die unter dem Einfluß der Meßkraft erfolgende Dehnung oder Stauchung der Dehnungsmeßstreifen, die als dehnungs- bzw. stauchungsabhängige Widerstände ausgebildet sind, zur Ableitung eines elektrischen Signals ausgenutzt wird, das der Meßkraft proportional ist, oder in einer sonstigen eindeutigen Beziehung zu der Meßkraft steht. Das Meßsignal wird dabei in der Regel von einer Schaltungseinrichtung in der Art einer Wheatstoneschen Brücke erzeugt, die über elektrische Leitungen und an Anschlußfahnen der Dehnungsmeßstreifen anliegenden Kontaktfedern die Widerstandänderung 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 wird.

Da der Preis für die zur Erzeugung des elektrischen Signals notwendigen Einrichtungen in der Regel erheblich größer ist als der Preis für einen mit Dehnungsmeßstreifen versehenen Biegebalken, der gegebenenfalls auswechselbar in einer Kraftmeßdose angeordnet sein kann, wäre es vorteilhaft, wenn Biegebalken zur Verfugung stünden, mit denen Kraftmeßdosen ohne Verlust der Eichung der elektrischen Meßeinrichtungen für unterschiedliche Meßbereiche umgerüstet werden könnten.

Bei bekannten Biegebalken (DE-AS 10 52 708) sind die beiden Meßfedern durch die eine Aussparung an ihrer Ober- und Unterseite begrenzenden Stege eines etwa quaderförmigen Stahlblocks gebildet. Für einen anderen Meßbereich können Biegebalken dieser Art 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. Eine einmal geeichte elektrische Signaleinrichtung kann dann unter Berücksichtigung eines durch das Verhältnis der Breite des zur Messung benutzten Biegebalkens zu derjenigen eines normal breiten Biegebalkens bestimmten Eichfaktors für verschiedene Meßbereiche benutzt werden. Nachteilig ist jedoch, daß der Variation des Meßbereiches sehr enge Grenzen gesetzt sind, da bei sehr breiten Meßfedern die Gefahr besteht, daß sie unter dem Einfluß der Meßkraft eine Verwindung erfahren, die die MeÖgenauigkeit erheblich beeinträchtigt. Dazu kommt, daß der Verbreiterung der Biegebalken auch durch die üblichen Abmessungen von

Kraftmeßdosen enge Grenzen gesetzt sind, die in der Regel eine Veränderung des Meßbereiches allenfalls um einen Faktor 2 ermöglichen.

Es sind zwar Kraftmeßbiegebalken dt:r eingangs genannten Art bekanntgeworden (DE-AS 12 06 662), bei denen der Einfluß der Seitenliäfte und der Verwindung dadurch umgangen werden sollen, daß die Ausnehmungen in den Stahlblöcken vorzugsweise als runde öffnungen ausgebildet sind, damit die Dicke der verbleibenden Stege jeweils zu den Enden des Kraftmeßbalkens hin zunimmt und eine größere Steifigkeit erzielt wird. Werden in solchen Kraftmeßbiegebalken jedoch zwei quer zur Belastungsrichtung vorgesehene Bohrungen angeordnet, um drei Meßfedern zu erreichen, dann werden die Gesamtabmessungen des Biegebalkens ebenfalls zu groß, um einen Einsatz in üblichen Kraftmeßdosen zu ermöglichen.

Auch die Möglichkeit, bei Biegebalken üblicher Art die Dicke der Federn zu vergrößern, se daß eine Vergrößerung der Federkonstanten und damit eine erhebliche Veränderung des Meßbereichs erreicht wird, bringt keine Lösung im Hinblick auf das angestrebte Ziel. Im Gegensatz zu verbreiterten Biegebalken entsteht dann auch der Nachteil, daß die strenge Proportionalität 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 Federkonstante für jede Dicke ein anderer ist und sich aurh nicht rechnerisch einfach ermitteln 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 Grund ist für jede Federdicke eine eigene Eichung der elektrischen Signaleinrichtungen notwendig, was auch bei dem Kraftmeßbiegeblaken der DE-AS 12 06 622 je nach Form notwendig ist. Es kommt hinzu, daß bei dicken Meßfedern 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 Meßfeder eine andere Stauchung oder Dehnung erfahren und damit ein jeweils verschiedenes elektrisches Verhalten zeigen.

Es sind auch Kraftmeß-Biegebalken bekanntgeworden (DE-OS 15 73 896), bei denen drei parallel zueinander liegende Meßfedern vorgesehen sind. Die Dehnungsmeßstreifen sind dort jedoch ausschließlich an dem mittleren Meßbalken vorgesehen, so daß mit dieser bekannten Vorrichtung zwar der Vorteil erreicht werden kann, daß keine Druckkompensation benötigt wird, weil axiale Kräfte die Meßbrücke nicht aus dem Gleichgewicht bringen können, und daß auch der Einfluß der Seitenkräfte nicht sehr groß ist, weil der obere und der untere Balken eine eventuelle Drehkraft aufnehmen. Dem Ziel, Biegebalken zur Verfügung zu stellen, mit denen Kraftmeßdosen ohne Verlust der Eichung der elektrischen Meßeinrichtungen für sehr unterschiedliche Meßbereiche umgerüstet werden können, bringt aber auch diese bekannte Anordnung nicht näher.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Biegebalken der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine einmal geeichte Meßdose und deren elektrische Signaleinrichtungen ohne Verlust dei Eichung und lediglich unter Berücksichtigung konstanter Eichfaktoren in Verbindung mit für verschiedene Meßbereiche ausgelegten Biegebalken benutzt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle Meßfedern im wesentlichen die Form eines flachen Quaders mit gleicher Länge und Breite und zumindest annähernd gleicher Höhe und eine gleiche und bekannte Federkonstante aufweisen, daß die Anzahl der inneren Meßfeder(n) entsprechend dem vorgesehenen Meßbereich gewählt ist und daß im Fall mehrerer innerer Meßfedern diese identisch ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die zwischen den äußeren Meßfedern angeordneten weiteren Meßfedern 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 noch innerhalb der Meßgenauigkeit liegen. Bei mechanischer Parallelschaltung in der genannten Symmetrie können für die zwischen den äußeren, die Dehnungsmeßstreifen tragenden Meßfedern, Zwischenfedern angeordnet werden, die nicht dieselbe Bre'te aufweisen müssen, wie die äußeren Meßfedern, sondern ihre Anordnung nur symmetrisch zu der die Angriffsrichtung der Meßkraft enthaltenden Längsmittelebene des Biegebalkens ist, wie es eine mechanische Parallelschaltung im strengen Sinn erfordert. Der große Vorteil der Erfindung, der daraus resultiert, daß die Form der Durchbiegung der äußeren Meßstreifen erhalten bleibt, wobei lediglich die maximale Durchbiegung, je nach der Größe der resultierenden Gesamtfederkonstanten bei verschiedenen Meßkräften erreicht wird, liegt insbesondere darin, daß für verschiedene Meßkräfte ausgelegte Biegebalken der erfindungsgemäßen Art in ein und derselben Meßdose mit denselben elektrischen Signaleiririchtungen benutzt werden können, ohne daß die Eichung derselben verlorengeht. Es muß lediglich ein durch das Verhältnis der Federkonstanten des jeweils benutzten Biegebalkens zu derjenigen eines normalen Biegebalkens bestimmter Eichfaktor berücksichtigt werden. 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 Standardmeßdose verwendbar sind.

Weitere Vorteile und Merkmale von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So wird beispielsweise durch die Merkmale des Anspruches 3 eine besonders günstige Ausführungsform erreicht, die aus einem massiven Block hergestellt sein kann. Ein solches Teil ist leicht auf einer automatisch arbeitenden Fräsmaschine herstellbar. Dabei kann so verfahren werden, daß an dem Ende der herzustellenden Schlitze zunächst den Bleck durchquerende Bohrungen vorgesehen werden, in die ein Fräswerkzeug eintritt, mit dem das zwischen den Bohrungen stehende Material ausgefräst wird. Die Bohrungen unc! der Fräser weisen zweckmäßigerweise einen der vorgesehenen Schlitzbreite entsprechenden Durchmesser auf. Die normal zur Angriffsrichtung der Meßkraft verlaufenden Flanken der inneren Meßfedern laufen dann sj'mmetrisch zu ihrer Längsmittelebene kreisbogenförmig gekrümmt 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 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 Meßfedern in ihren parallel zueinander verlaufenden Abschnitt gleich ist. Das bedeutet, daß die Federkonstanten der äußeren Meßfedern und der inneren Meßfedern etwas verschieden sind. Das wird dadurch verhindert, daß die äußeren Meßfedern eine etwas größere Dicke aufweisen, als die zwischen den Schlitzen verbleibenden Stege, wobei der Dickeunterschied so bemessen sein kann, daß der die Federkonstante der inneren Meßfedern etwas vergrößernde Einfluß ihrer breiteren Endabschnitte gerade egalisiert wird. Dann weisen sämtliche Meßfedern dieselbe Federkonstante auf, so daß sich der Eichfaktor aus der Zahl der Meßfedern leicht ableiten läßt.

Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Biegebalkens läßt sich auch gemäß den Merkmalen des Unteranspruches 4 herstellen. Die Schlitze können bei dieser Ausführungsform vom freien Ende der Meßfedern her eingesägt werden, wobei sich Schlitzformen mit exakt rechteckigem Querschnitt erzielen lassen. Unter Verwendung von Diamantsägen mit sehr dünnen Sägeblättern, wie sie zur Herstellung dünner Halbleiterscheiben aus einem Halbleiterstab verwendet werden, lassen sich sehr geringe Schlitzbreiten verwirklichen, so daß der zwischen den äußeren Meßfedern verbleibende Raum weitgehend zur Anordnung von Zwischenfedern ausgenutzt werden kann. Die äußeren Meßfedern können dann auch längs ihrer freien Stirnkanten mit den anzuschweißenden Teil und die Stirnflächen der Zwischenfedern durch Punktschweißen mit diesem verbunden sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das angeschweißte Teil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen zu dem die Meßfedern tragenden Teil komplementären, kammförmigen Querschnitt mit zwischen die Federn greifenden Leisten aufweist. Es genügt dann im Prinzip, wenn lediglich die äußeren Meßfedern mit dem 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 dem 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.

Vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß den Merkmalen des Unteranspruches 6 der Montageblock und der Block zur Einleitung der Meßkraft als getrennte Teile hergestellt sind, an die Platten 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 Einleitung der Meßkraft aus einem anderen Material zu fertigen als die Meßfedern, was zu einer erheblichen Vcrbilligung der Herstellung beitragen kann, da es für die Funktionsfähigkeit eines Biegcbalkens genügt, wenn lediglich die Meßfedern aus einem hochwertigen elastischen Stahl bestehen.

In weiterer Ausgestaltung der !Erfindung ist der Montajücblnck und/oder der Block zur Umleitung der Meßkraft durch Endabschnitte und Meßfedern unc zwischen diesen angeordneten und mit diesen vcr schweißten Distanzplatten gebildet.

Dieser Aufbau der erfindungsgemäßen Biegebalken; ermöglicht seine Herstellung lediglich aus gestanzten Blechteilen, wobei sich durch geeignete Wahl de Distanzstücke beliebige Schlitzbreiten mit große Gena"igkeit erzielen lassen.

Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Biegebai kens ermöglicht eine weitgehende Variation der Federkonstanten der Meßfedern und gestattet es auch Federn aus verschiedenen Materialien miteinander zu kombinieren. Auch ist es bei Biegebalken, bei denen jede einzelne Meßfeder als getrenntes Teil ausgebilde ist, auf einfache Weise möglich, ihre Federkonstante vor ihrer Verbindung mit weiteren Meßfedern zu einem Biegebalken zu bestimmen, und dadurch den für die Benutzung der elektrischen Meßeinrichtungen notwen digen Eichfaktoren zu ermitteln.

Besonders günstige Elastizitätseigenschaften dei vorbehandelten Ausführungsformen erfindungsgemä ßer Biegebalken lassen sich dann erreichen, wenn der Biegebalken bzw. dessen Einzelteile aus gewalzten Stahlblechen gefertigt sind, wobei die Ausbildung unc Anordnung des Biegebalkens bzw. seiner Einzelteile se getroffen sind, daß die Angriffsrichtung der Meßkraf mit der Walzrichtung der Bleche zusammenfällt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen Biegebalken im Schnitt längs seine vertikalen Längsmittelebene, unter dem Einfluß eine Last durchgebogenen, in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine erste, einstückige Ausführungsform eine; Biegebalkens in derselben Schnittdarstellung,

Fig.3 den Biegebalken nach der Fig.2 in eine Ansicht von oben,

Fig. 4 einen Biegebalken mit angeschweißten Montageblock, im Schnitt längs der vertikalen Längs mittelebene des Biegebalkens und

F i g. 5 eine Schnittdarstellung ähnlich F i g. 4, jedocl bei einem aus einzelnen Blechen zusammengesetzter Biegebalken.

Der in der F i g. 1 dargestellte Biegebalken ist, wie der gestrichelten Linien entnehmbar ist, in unbelasteten Zustand bezüglich seiner Außenabmessungen als eir quaderförmiger Stahlblock ausgebildet, dessen Längs etwa 3 bis 4 mal so groß ist wie seine Höhe und desser Breite in der Größenordnung seiner Höhe liegt. De Biegebalken 11 ist mit seinem einen Ende, das als eir massiver Montageblock 12 ausgebildet ist, in eir lediglich schematisch angedeutetes Halteteil 13 einer nicht dargestellten Kraftmeßdose eingespannt. Da« andere, freie Ende des Biegebalkens ist ebenfalls als eir massiver Block 14 zur Einleitung der zu messender Kraft ausgebildet, an dem diese Kraft in Richtung dei Pfeils 15 senkrecht zur Oberfläche des Biegebalken: angreift.

Aus dem Material des Biegebalkens sind drei paralle zu seinen horizontalen Außenflächen 16 und Γ verlaufende Schlitze 18,19 und 20 herausgearbeitet, di< symmetrisch zu der in der gestrichelt cingezcichnetet Ruhestellung des Biegebalkens horizontal verlaufender Längsmhtclcbene desselben ausgebildet sind. Dc mittlere Schlitz 19 ist etwa dreimal so breit wie de obere und der untere Schlitz 18 und 20.

Die an der Ober- und Unterseite des Biegebalken verbleibenden Stege 21 und 22 mit gleicher Dicke un<

die zwischen den Schlitzen 18, 19 und 20 verbleibenden beiden Zwischenstege 23 und 24 mit ebenfalls gleicher Dicke bilden Meßfedern, die unter der Wirkung der Meßkraft die in der Fi g. 1 in ausgezogenen Linien und übertrieben dargestellte e-förmige Durchbiegung erfahren. Die Meßfedern 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.

Wird der Block 14 unter dem Einfluß der Meßkraft um eine durch die Gesamtfederkonstante des Biegebalkens 11 und die Größe der Meßkraft bestimmte Hubhöhe h nach unten gedrückt, wobei seine äußere vertikale Stirnfläche 25 wegen der Durchbiegung der Meßfedern 21 bis 24 ein kurzes Stück d in Richtung auf das Halteteil 13 bewegt, so werden die Meßfedern 21 bis 24 an ihren dem Montageblock 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 Nähe des Blockes 14 zur Einleitung der Meßkraft die oberen Begrenziingsflächen 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 Größe der Meßkraft und der Federkonstanten des Biegebalkens 11 und andererseits von der Dicke der Meßfedern oder anders ausgedrückt vom Abstand der Außenflächen der Meßfedern von deren neutraler Biegezone abhängig ist, die jeweils in der Mitte zwischen den Außenflächen einer einzelnen Meßfeder liegt. Eine Dehnung oder Stauchung der Meßfedern tritt nicht ein, wo deren Krümmung das Vorzeichen wechselt, d. h. im Bereich ihrer Quer- zur Längsrichtung des Biegebalkens verlaufenden vertikalen Mittelebene, die die — in Längsrichtung des Biegebalkens gesehenen — Zonen unterschiedlicher Krümmung trennt.

Die ein Maß für die Größe der zu messenden Kraft darstellenden Dehnungen oder Stauchungen der Meßfedern werden mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen 26, 27, 28 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 abgelesen wird, um einen Momentanwert der angreifenden Kraft festzustellen. Die Dehnungsmeßstreifen — mechanisch fest mit den äußeren Meßfedern 21 und 22 verbundene, dehnungs- bzw. stauchungsabhängige elektrische Widerstände — sind zur Erzeugung des elektrischen Meßsignals üblicherweise in einer Brückenschaltung in der Art einer Wheatstoneschen Brücke miteinander verbunden, wobei die zur Realisierung der Brückenschaltung und zur Ablesung bzw. zur Registrierung des elektrischen Signals vorgesehenen Schaltungs- 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 Meßeinrichtung erzeugte Signal ist somit abhängig von der Größe der Meßkraft, der Gesamtfederkonstanten des Biegebalkens und von den geometrischen Abmessungen der äußeren Meßfedern 21 und 22.

Geht man davon aus, daß in dem mittleren Schlitz 19 des Biegebalkens 11 eine oder mehrere weitere Meßfedern angeordnet werden 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 Biegebalkens 11 gemäß F i g. 1 erzeugte Meßsignal unter der einfachen Last. Es genügt dann, die Anzeige der in Verbindung mit dem ursprünglichen Biegebalken 11 in Gewichtseinheiten geeichten elektrischen Signaloder Anzeigeeinrichtung mit dem Eichfaktor 2 zu multiplizieren, der das Verhältnis der vergrößerten zu der ursprünglichen Federkonstanten wiedergibt, um die Größe 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 Eichfaktors, in Verbindung mit jedem anderen Biegebalken benutzt werden, sofern nur dessen äußere, die Dehnungsmeßstreifen tragenden Meßfedern und die Dehnungsmeßstreifen selbst identisch mit den äußeren Meßfedern bzw. Dehnungsmeßstreifen desjenigen »Normalbiegebalkens« ausgebildet sind, für den die elektrische Anzeigeeinrichtung geeicht worden ist. Durch geeignete Variationen der Zahl und Federkonstanten der Meßfedern können daher bei sonst gleichen Außenabmessungen Biegebalken für sehr verschiedene Meßbereiche hergestellt und in Verbindung mit einer einzigen Kraftmeßdose benutzt werden.

In den F i g. 2 bis 5 sind spezielle Ausführungsformen solcher Biegebalken dargestellt, deren prinzipieller Aufbau demjenigen des Biegebalkens 11 nach der F i g. 1 entspricht.

Der in der F i g. 2 in einer Seitenansicht und in der F i g. 3 in einer Ansicht von oben dargestellte Biegebalken 30 ist als einstückiger Stahlblock ausgebildet mit fünf identisch ausgebildeten, symmetrisch zur horizontalen Längsmittelebene des Biegebalkens 30 und symmetrisch zu der zwischen dem Montageblock 36 und dem Block 37 zur Einleitung der Meßkraft senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden vertikalen Mittelebenedes 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 zugewandten Begrenzungsflächen 38 bzw. 39 halbkreisbogenförmig gekrümmt verlaufen. Die zwischen den Schlitzen 31 bis 35 verbleibenden Meßfedern 40 bis 43 bildenden Stege weisen dieselbe Dicke auf, so daß die Meßfedern gleicher Federkonstanten bilden. Darüber hinaus ist der Biegebalken 30 so ausgebildet, daß auch die oberste Meßfeder 44 und die unterste Meßfeder 45 dieselbe Federkonstante aufweisen wie die Zwischenmeßfedern 40 bis 43. Dies ist bei dem Biegebalken 30 dadurch erreicht, daß die Dicke des mittleren, durch planparallele Flächen begrenzten Abschnitts der obersten Meßfeder 44 und der untersten Meßfeder 45 etwas größer ist als die Dicke der dazu

parallel verlaufenden Mittelabschnitte der Zwischenfedern 40 bis 43. Wäre nämlich die Dicke dieser mittleren 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 Montageblock 36 und den Block 37 einlaufen, die äußeren Meßfedern 44 und 45 aber nur einseitig.

Zur formschlüssigen Verbindung des Biegebalkens 30 mit einer nicht dargestellten Meßdose weist der Montageblock an seiner in der F i g. 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 Meßkraft, sowie den maximalen Auslenkungshub h des Blocks 37 begrenzende Anschlagmittel einschraubbar sind.

Bei einem für eine maximale Meßkraft von 8 kp ausgelegten Biegebalken 30 beträgt die zwischen den gemeinsamen Tangentialebenen an die gekrümmten äußeren Begrenzungsflächen 38 und 39 gemessene Länge der Meßfedern 40 bis 45 10 mm, die Dicke der Zwischenfedern 40 bis 43 0,4 mm und die Dicke der äußeren Meßfedern 44 und 45 0,45 mm, die Höhe des Biegebalkens 7 mm, seine Breite 5 mm und seine Gesamtlänge etwa 21 mm.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Biegebalken 30 sind die Dehnungsmeßstreifen 52 und 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 rechtwinklig zueinander verlaufenden vertikalen Mittelebenen der Meßfedern 40 bis 45 angeordnet. Dieselbe Anordnung von Dehnungsmeßstreifen kann auch an der Unterseite 57 der untersten Meßfeder vorgesehen sein.

Jeder einzelne Dehnungsmeßstreifen weist parallel zur Längsrichtung des Biegebalkens 30 verlaufende Widerstandsstreifen auf, deren nebeneinanderliegende Enden paarweise durch versetzt zueinander angeordnete Kontaktplattun 59 miteinander zu einem insgesamt rechteckwellenförmigen Verlauf verbunden sind. An den Enden eines solchen Widerstandspfades sind Kontaktfahnen 60 und 61 angeordnet, auf denen Kontaktfedern 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 Meßfeder 44 auf die Dehnungsmeßstreifen gewährleistet. Diese können entweder in der Art von Drahtwiderständen oder als Metallfolien oder als auf eine isolierende Metalloxidschicht aufgedämpfte Widerstandspfade ausgebildet sein.
Der in der F i g. 4 dargestellte Biegebalken 63 entspricht in seinen Außenabmessungen weitgehend dem Biegebalken 30 nach den Fig. 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

to 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 Biegebalkens wird dadurch hergestellt, daß die Schlitze 66 von der Stirnseite der Meßfedern 67 her in einen größeren Stahlblock eingesägt werden. Dadurch lassen sich Schlitze 66 mit exakt rechteckigem Querschnitt und sehr kleinem Lichtdurchmesser erzielen, so daß Meßfedern mit hohen Federkonstanten geschaffen werden. Die Schlitze 66 können entweder mittels einer Bandsäge einzeln oder mit Hilfe einer mehrere rotierende Sägblätter umfassende Säge, wie sie zur Teilung von Siliziumstäben in dünne Halbleiterplatten verwendet wird, gleichzeitig hergestellt werden, wobei der Block in Richtung der Längsschlitze 66 und quer zu deren Längsrichtung geführt wird, damit die Schlitze 66 auch an ihren dem Montageblock 68 zugewandten, senkrecht zur Ebene der Meßfedern 67 verlaufenden Rändern geradlinig und nicht entsprechend der Krümmung der Sägeblätter gekrümmt verlaufen.
Die Meßfedern 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 Querstegen des Montageblocks 64 erstreckenden Schweißnähten 69 und 70 oder auch durch Punktschweißen zugfest verbunden sein.

Der in der Fig.5 dargestellte Biegebalken 71 entspricht in seiner äußeren Form etwa dem in der Fig. 1 dargestellten Biegebalken. Die Meßfedern 72 bis 75 des Biegebalkens 71 sind als rechteckige Blechplatten gleicher geometrischer Abmessungen ausgebildet. Die dem Montageblock 12 und dem Block 14 des Biegebalkens 11 nach der Fig. 1 entsprechenden Teile des Biegebalkens 71 sind durch zwischen den Meßfedern 72 bis 75 angeordnete Distanzbleche 76 bzw. 77 gebildet, die mit den Meßfedern 72 bis 75 durch Punktschweißen oder mittels längs ihrer aneinander grenzenden Ränder verlaufender Schweißnähte 77, 78, 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. Der Biegebalken 71 ist besonders einfach und billig aus gestanzten Blechstücken herstellbar. Biegebalken der dargestellten Art werden aus gewalzten Blechen des Stahls mit der DIN-Bezeichnung 14 540 hergestellt, wobei die Biegebalken so hergestellt werden, daß die Angriffsrichtung der Meßkraft mit der Walzrichtung übereinstimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kraftmeß-Biegebalken mit mindestens drei im Abstand und parallel zueinander verlaufenden Meßfedern, mit DMS an den voneinander abgewandten Außenflächen der beiden äußeren Meßfedern, bei dem die Meßfedern an ihren einen Enden durch einen Montageblock und an ihren anderen Enden durch einen Block miteinander verbunden sind, an dem in der zur Ebene der Meßfedern senkrechten Richtung die zu messende Kraft eingeleitet wird, so daß unter deren Einfluß die mechanisch parallelgeschalteten Meßfedern eine S-förmige Durchbiegung erfahren, und bei dem die Meßfedern symmetrisch zu der zur Angriffsrichtung der Meßkraft senkrecht verlaufenden Längsmittelebene des Biegebalkens verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßfedern (21 bis 24; 40 bis 45,67,72 bis 75) im wesentlichen die Form eines flachen Quaders mit gleicher Länge und Breite und zumindest annähernd gleicher Höhe und eine gleiche und bekannte Federkonstante aufweisen, daß die Anzahl der inneren Meßfeder(n) (23, 24) entsprechend dem vorgesehenen Meßbereich gewählt ist und daß im Falle mehrerer innerer Meßfedern (23, 24 bzw. 40 bzw. 43 und 73, 74) diese identisch ausgebildet sind.

2. Biegebalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den äußeren Meßfedern (44 und 45) liegenden Schlitze (31 bis 35) dieselbe Breite aufweisen.

3. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Meßfedern (40 bis 43) durch in parallelen Ebenen in einen massiven Block eingefräste Schlitze (31 bis 35) verbleibende Stege gebildet sind, die am Übergang zu den Blöcken (36, 37) Rundungen aufweisen, und daß die äußeren Meßfedern (44 und 45) eine etwas größere Dicke aufweisen als die zwischen den Schlitzen (31 bis 35) verbleibenden Stege, und zwar in dem Maße, daß alle Meßfedern die gleiche Federkonstan'.e aufweisen.

4. Biegebalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfedern (67) einteilig mit dem Montageblock (68) oder dem Block (64) zur Einleitung der Meßkraft ausgeführt sind und daß der Block (64) zur Einleitung der Meßkraft bzw. der Montageblock als an die freien Enden der Meßfedern (67) angeschweißtes, getrennt hergestelltes Teil (64 bzw. 68) ausgebildet ist.

5. Biegebalken nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das angeschweißte Teil (64) einen zu dem die Meßfedern tragenden Teil (68) komplementären, kammförmigen Querschnitt mit zwischen die Federn (67) greifende Leisten (65) aufweist.

6. Biegebalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Moncageblock (36) und der Block (37) zur Einleitung der Meßkraft als getrennte Teile hergestellt sind, an die Platten angeschweißt sind.

7. Biegebalken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (36) und/ oder der Block (37) zur Einleitung der Meßkraft durch Endabschnitte der Meßfedern (72 bis 75) und zwischen diesen angeordneten und mit diesen verschweißten Distanzplatten (76 und 77) gebildet ist.

8. Biegebalken nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken (11 bzw. 30, 63, 71) bzw. dessen Einzelteile aus gewalzten Stahlblechen gefertigt sind und daß die Ausbildung und Anordnung des Biegebalkens bzw. seiner Einzelteile so getroffen ist, daß die Angriffsrichtung der Meßkraft mit der Walzrichtung der Bleche zusammenfällt.