DE3218577C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftmesser der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiger Kraftmesser ist aus der DE 29 17 169 A1 bekannt.

Bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Erfassen von Kraft oder Gewicht wird ein Rückkopplungs-Näherungs­ weg beschritten, der eine bewegliche Spule in einem fe­ sten Magnetfeld verwendet. Die Spule ist längs einer Fühlerachse beweglich und wird durch einen Strom angetrieben, der ausreichend ist, um eine feste Position oder Lage entlang der Fühlerachse bei­ zubehalten. In dieser Anordnung liefert der Spulenan­ triebsstrom ein Maß der zur Verschiebung der Spule ein­ wirkenden Kräfte. Dieser Weg ist im allgemeinen wirksam; die Kraftfühleranordnung ist aber relativ komplex und entsprechend aufwendig.

In einer anderen bestehenden Ausführungsform ist eine Dehnungsmeßstreifen-Belastungszelle vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist jedoch die Genauigkeit der Belastungszelle durch Hysteresis und Kriechdehnung des Dehnungsmeßstreifen-Fühlermaterials sowie die ent­ sprechenden Erscheinungen des Bindematerials für den Fühler begrenzt.

Ein weiterer Kraftfühler verwendet eine Belastungs­ zelle mit veränderlicher Kapazität, bei der zwei entge­ gengesetzte, im wesentlichen parallele leitende Platten so gekoppelt sind, daß die zu messende Kraft eine Tren­ nung dieser entgegengesetzten Leiterplatten proportional zur einwirkenden Kraft verursacht. Grundsätzlich ist die­ ser Weg befriedigend; es gibt aber bisher noch keine di­ rekten oder einfachen Vorrichtungen, bei denen die Fühler­ platten ausreichend parallel über einem Kraftbereich ge­ halten werden.

Aus der US-PS 40 65 962 ist eine Kraftmeßzelle bekannt, die zwei gegenüberliegende starre Endteile aufweist, welche durch elastische Stege miteinander verbunden sind und einen äußeren Rahmen bilden. Innerhalb des Rahmens ist ein fest am ersten Endteil angeordneter Bogenträger über ein Gelenk mit dem zweiten Endteil verbunden. Ein auf den Rahmen einwirkendes Kräftepaar wird über das Gelenk auf den Bogenträger übertragen, wodurch sich dieser verbiegt. Der Bogenträger weist eine zentrale Öffnung und mehrere Satellitenbohrungen auf, so daß innerhalb des Bogenträgers schmale Übergangsbereiche entstehen, in denen bei der Ver­ schiebung des Rahmens eine Spannungskonzentration auf­ tritt. Durch vier an der Innenseite der zentralen Bohrung angeordnete Dehnungsmeßstreifen werden diese Spannungen erfaßt, wobei zur Erzeugung eines die Kraft proportionalen Ausgangssignal eine relativ aufwendige Meßschaltung erfor­ derlich ist.

Aus der DE-OS 14 37 543 ist ein Dehnungsprüfgerät zur Be­ stimmung der Zugfestigkeit von Textilfasern bekannt, bei dem eine ortsfeste Faserklemme über eine biegeelastische Tragkonstruktion mit einer kapazitiven Meßanordnung ver­ bunden ist. Die Tragkonstruktion besteht aus einem mit der Klemme verbundenen Block, der über zwei Blattfedern biege­ elastisch an einem Gestell angelenkt ist. Die auf die Tex­ tilfaser ausgeübte Kraft verursacht eine Verschiebung des Blocks an dem eine außerhalb der Tragkonstruktion zwischen zwei ortsfesten Kondensatorplatten beweglich gelagerte dritte Kondensatorplatte befestigt ist. Aufgrund der An­ ordnung des Kondensators außerhalb der Tragkonstruktion weist diese Vorrichtung einen erhöhten Platzbedarf auf.

Ferner ist aus der US-PS 42 37 989 eine kapazitive Kraft­ meßdose bekannt, deren keramisches Gehäuse zwei äußere starre Arme und einen dazwischen flexibel am Gehäuse be­ festigten Kragarm aufweist. Auf den gegenüberliegenden Flächen der Arme sind jeweils Kondensatorplatten befe­ stigt. Die zu erfassende Kraft wird am Ende des Kragarms aufgebracht, wobei sie diesen verbiegt und den Abstand zwischen den Kondensatorplatten verändert. Aufgrund der einseitigen Aufhängung des Kragarms verschieben sich die Kondensatorplatten unter Krafteinwirkung nicht parallel, wodurch die Meßgenauigkeit dieser Vorrichtung beeinflußt wird.

Aus der DE-OS 29 17 169 ist eine gattungsgemäße Kraftmeß­ dose bekannt, deren zwei nebeneinander angeordnete massi­ ven Endblöcke über obere und untere in Kraftrichtung bieg­ same Stege miteinander verbunden sind. An den beiden End­ blöcken ist je ein in Richtung zum anderen Endblock wei­ sender Queransatz angeformt. Diese beiden Queransätze sind jedoch über einen komplexen Meßaufbau fest miteinander verbunden. Der Meßaufbau besteht aus einem am ersten Quer­ ansatz befestigten Tastarm, dessen vergrößerter Endblock horizontal unterhalb des Tastarmes verläuft und über ein zusätzliches Kraftübertragungsglied mit dem zweiten Quer­ ansatz verbunden ist. Die durch Krafteinwirkung erzeugte Abstandsänderung zwischen den Queransätzen wird über die Biegeelemente auf den Tastarm übertragen, dessen Durchbie­ gung über Dehnungsmeßstreifen erfaßt wird. Durch diesen komplexen Meßaufbau soll verhindert werden, daß Axial­ kräfte am Tastarm angreifen und das Meßergebnis beeinflus­ sen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten und gegen äußere Störeinflüsse unempfindlichen Kraftmesser zu schaf­ fen, der bei einfachem konstruktivem Aufbau eine hohe Auf­ lösung und große Genauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftwandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsge­ mäß durch die im kennzeichnenden Teil enthal­ tenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Kraftmesser hat zwei nebeneinander angeordnete formsteife Endblöcke die längs einer Mittelachse liegen. Jedes dieser Endblöcke umfaßt einen Queransatz, das sich entlang der Mittelachse zum anderen Endblock erstreckt. Diese Queransätze haben entgegengesetzte Abstandsfühler, die wechselseitig gegenüber der Mittelachse beabstandet sind. Die Endblöcke sind durch biegsame Stege miteinander verbunden, wobei ein Steg auf der einen Seite der Queransätze und der andere Steg auf der anderen Seite der Queransätze vorgesehen sind. Die Stege sind um Achsen parallel zu einer zweiten Bezugsachse (senkrecht zur ersten Bezugsachse und zur Mittelachse) flexibel oder biegsam und sonst im wesentlichen starr. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stege im wesentlichen gleich lang, und der Abstand zwischen deren Kopplungs­ punkten zu den Queransätzen ist im wesentlichen gleich, so daß die Balkenglieder praktisch parallel verlaufen.

In einer Ausführungsform der Erfindung trägt jeder der voneinander beabstandeten Ansätze ein elektrisch leiten­ des Glied derart, daß zwei entgegengesetzte, im wesentli­ chen parallele ebene Leiterflächen entstehen. Die Leiter­ flächen sind in der Richtung der ersten Bezugsachse ver­ setzt und ebenfalls parallel zur zweiten Bezugsachse. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Kraftmesser eine monolithische dielektrische Struktur besitzen, wobei die leitenden Glieder dünne Leiterfilme sind, die auf die einander gegenüberliegenden Flächen der Queransätze aufgetragen oder abgeschieden sind.

In dieser Ausführungsform kann der Kraftmesser an einem Endblock durch eine Kraft parallel zur ersten Bezugsachse unterstützt oder gelagert sein. Eine zu messen­ de Kraft wirkt auf den anderen Endblock parallel zu die­ ser ersten Bezugsachse ein. Da die Kraft auf die Endblöcke einwirkt, deformieren sich die Stege auf­ grund von deren Biegsamkeit um Achsen parallel zur zweiten Bezugsachse. Da sich die Stege deformieren, werden die Queransätze und die darauf angeordneten Leiterteile in der Richtung der ersten Bezugsachse zueinander verschoben, während deren Parallelität aufrechterhalten wird. Die Kapazi­ tät des wirksamen oder effektiven parallelen Platten­ kondensators, der aus diesen leitenden Gliedern gebildet wird, kann in üblicher Weise gemessen werden. Der gemesse­ ne Kapazitätswert ist umgekehrt proportional zum Abstand der Platten und somit zu der zu messenden Kraft.

Der erfindungsgemäße Kraftwandler kann durch eine relativ geringere Hysteresis und durch eine sehr klei­ ne Kriechdehnung unter Belastung gekennzeichnet werden, wenn er z. B. eine monolithische Struktur hat, die aus Quartz besteht. In dieser Ausführungsform liegt eine relativ niedrige thermisch induzierte Kapazitätsänderung für gegebene Kräfte vor, die auf die Endblöcke einwir­ ken. Der Kraftwandler spricht primär auf die reine Kraft von der einzigen Fühlerachse (erste Bezugsachse) an und ist relativ unempfindlich für Kräfte und Momente in ande­ ren Ebenen bzw. mit einem relativ hohen "Abstoßungsver­ hältnis" für diese Kräfte und Momente ausgestattet.

Der erfindungsgemäße Kraftmesser kann als Kraft­ fühler in der Form einer Belastungszelle für eine direk­ te Kraftmessung eingesetzt werden. Alternativ kann der Kraftmesser verwendet werden, um andere Kräfte, wie beispiels­ weise Trägheitskräfte (wenn er zusammen mit einer Masse verwendet wird) oder Drücke zu erfassen, wenn er zusammen mit einer Membran benutzt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Kraftmessers,

Fig. 2 einen Endblock mit Leiterteil des Ausführungsbeispiels von Fig. 1,

Fig. 3 und 3A alternative Ausführungsformen von Endblöcken mit Leiterteilen,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Kraftmessers,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Endblöcke mit Leiterteil,

Fig. 6A eine Seitenansicht eines anderen Aus­ führungsbeispiels des Kraftmessers,

Fig. 6B und 6C weitere Ausführungsbeispiele des Kraftmessers und

Fig. 7 bis 10 weitere Ausführungsbeispiele des Kraftmessers.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kraftmessers 10, der zwei rechteckförmige entlang einer gemeinsamen Mittelachse 16 ausgerichtete Endblöcke 12, 14 umfaßt. Der Endblock 12 ist auch in Fig. 2 ge­ zeigt. Die Endblöcke 12 und 14 haben komplementäre Flächen an ihren benachbarten Enden. Die gesamten Endteile der Endblöcke 12 und 14 bilden die komplementären Flächen, wie dies dargestellt ist, obwohl in anderen Ausführungsbei­ spielen die komplementären Flächen lediglich einen Teil der benachbarten Enden bilden können.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Endblöcke 12 und 14 jeweils Flächen 20 und 22, die in der Richtung einer ersten Bezugs­ achse 30 voneinander beabstandet sind. Die Flächen 20 und 22 sind parallel zu einer zweiten Bezugsachse 24, welche senkrecht zu den Achsen 16 und 30 ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Flächen 20 und 22 auch parallel zur Mittel­ achse 16, obwohl in anderen Ausführungsbeispielen die Flächen winkelmäßig von der Achse 16 versetzt sein können. Wie dargestellt ist, sind die Seitenflächen der Flächen 20 und 22 parallel zur Achse 30 und senkrecht zur Achse 16, obwohl andere Ausrichtungen die­ ser Flächen auch möglich sind. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel sind die Endblöcke 12 und 14 im wesentlichen identisch und miteinander verbunden, um den Kraftmesser 10 zu bilden.

Die Endblöcke 12 und 14 umfassen jeweils zwei ebene Schlitze oder Kerben bzw. Nuten, die sich von deren komplementären Flächen in Ebenen parallel zu den Achsen 16 und 24 erstrecken. Fig. 3 zeigt eine Ausführungs­ form für den Endblock 12 ähnlich zu derjenigen der Fig. 1 und 2, wobei jedoch die Schlitze nicht in Ebenen parallel zu den Achsen 16 und 24 sind. Fig. 3A zeigt eine Ausfüh­ rungsform für den Endblock 12, die ähnlich zu derjenigen der Fig. 1 und 2 ist, wobei jedoch die Stege 12 a und 12 b, die durch die Schlitze festgelegt werden, in der Richtung der Mittelachse 16 kegelförmig bzw. spitz zulaufen und sich zu der komplementären Fläche erstrecken.

In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbei­ spiel sind beide Schlitze in jedem Endblock 12 und 14 gleich tief. Jedoch können in anderen Ausführungsbei­ spielen in jedem Endblock 12 und 14 ein Schlitz eine Tie­ fe A und der andere Schlitz eine Tiefe B aufweisen, wo­ bei wenigstens die Tiefe A bzw. B eines Schlitzes von Null verschieden ist und die Summe A+B einen vorbe­ stimmten Wert hat. Zusätzlich sind die beiden Schlitze im Endblock 12 in der Richtung der Achse 30 voneinander beabstandet, so daß der obere Steg 12 a und der untere Steg 12 b des Endblocks 12 (d. h. die durch die Schlitze und Außenflächen des Endblocks 12 begrenzten Stege) relativ flexibel oder biegsam abhängig von Momenten um Achsen parallel zur Achse 24 sind.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Endblöcke 12 und 14 im wesentlichen identisch. Als Ergebnis können die beiden Schlitze des Endblocks 14 so betrachtet werden, daß sie einen "oberen" Steg 14a und einen "unteren" Steg 14b festlegen.

Die Flächen 20 und 22 der Endblöcke 12 und 14 tragen jeweils eines der im wesentlichen ebenen elektrischen Leiterteile 34 und 36.

Der obere Steg 12a und der untere Steg 14b der Endblöcke 12 und 14 sind jeweils durch ein Verbindungsglied 42 verbunden, während der untere Steg 12b und der obere Steg 14a der Endblöcke 12 und 14 jeweils durch ein Verbindungsglied 44 verbunden sind. In der sich ergebenden Kon­ figuration sind die komplementären Flächen der Endblöcke 12 und 14 wechselseitig in der Richtung der Achse 16 versetzt, und die gegenüberliegenden leitenden Flächen der Leiterteile 34 und 36 sind wechselseitig von der Mittelachse 16 beabstandet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Endblöcke 12 und 14 aus Quartz, und die an­ grenzenden Verbindungsglieder 42 und 44 bestehen ebenfalls aus Quartz, so daß die Glieder alle verschmolzen sein kön­ nen, um eine monolithische Struktur aufzuweisen. In alternativen Ausführungsbeispielen können andere Mate­ rialien, wie beispielsweise Titansilikat, Keramik oder andere dielektrische Materialien benutzt werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt der Kraftmesser 10 auch ein starres Trägerglied 50, das starr am Endblock 14 an­ gebracht ist, und ein starres Aufnahme-Kraftglied 52, das starr am Endblock 12 angebracht ist. Diese Glieder 50 und 52 können auch aus Quartz bestehen und mit den je­ weiligen Endblöcken 12 und 14 verschmolzen sein. Das Träger­ glied 50 ist mit der oberen ebenen Fläche eines Wandler- Trägerelementes 56 gekoppelt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ähnlich ist, wobei jedoch die Glieder 50 und 52 Metall­ glieder sind, die mechanisch (durch Schrauben 58a und 58b) an die Endblöcke 12 und 14 gekoppelt sind. In die­ ser Ausführungsform trennen Spannungs- bzw. Dehnungs- Isolierrillen 59a und 59b die Spannung von den Befestigungs­ schrauben.

Im Betrieb des Kraftmessers nach Fig. 1 wirkt eine zu messende Kraft, die durch einen Pfeil 60 angedeutet ist, entlang der Achse 30 auf das Aufnahmeglied 52 ein. Diese Kraft wird (wie dargestellt) zum linken Teil des Endblocks 12 übertragen. Abhängig von der einwirkenden Kraft, die am Glied 52 anliegt, wirkt eine gleiche und entgegenge­ setzte Kraft (angedeutet durch einen Pfeil 62) auf das Trägerglied 50 an der Oberfläche des Elementes 56 ein.

Diese zuletzt genannte Kraft wird (wie dargestellt) zum rechten Teil des Endblocks 14 übertragen. Abhängig von dem auf den Kraftmesser 10 einwirkenden Kräftepaar verformen oder deformieren sich der obere und der untere Steg des Kraftmessers 10 derart, daß die Leiterteile 34 und 36 um einen Abstand getrennt sind, der in Beziehung zu der Größe des Kräftepaares ist, das auf den Kraftmesser 10 einwirkt, während deren parallele Beziehung beibehalten wird. Die Größe der Kapazität des durch die Leiterteile 34 und 36 gebildeten wirksamen Kondensators kann in üblicher Weise gemessen werden und liefert ein Maß für die auf das Glied 52 einwirkende Kraft.

Da der Kraftmesser 10 gegenüber Momenten und Kräften in Richtungen äußerst widerstandsfähig ist, die von der Rich­ tung entlang der Achse 30 abweichen, muß das einwirkende Kräftepaar (dargestellt durch die Pfeile 60 und 62) nicht entlang der Achse 30 anliegen. Beispielsweise ist mit Kräften in den Richtungen von Strichpfeilen 60′ und 62′ von Fig. 4 der Abstand zwischen den Leiterteilen 34 und 36 umgekehrt proportional zu den einwirkenden Kraft­ komponenten in Richtung der Achse 30.

Da sich der obere und der untere Steg deformie­ ren, liegt eine Spannung an diesen Gliedern. Aufgrund der Symmetrie des Systemes, bei dem die Schlitztiefen A und B gleich sind und die Blöcke 12 und 14 im wesentlichen ähnlich gestaltet sind, treten im dargestellten Ausführungsbeispiel an dem durch die Verbindungsglieder 42 und 44 geformten Übergang Biegebeanspruchung-Umkehr- oder Nullpunkte auf, d. h. Punkte, in denen die Biegemomente Null sind. In ande­ ren Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen bei­ spielsweise die Schlitztiefen A und B verschieden sind, und bei denen insbesondere eine der Schlitztiefen A und B Null sein kann, tritt der Übergang der Elemente nicht in diesen Beanspruchungs-Nullpunkten auf. Jedoch hat das in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel diese Eigenschaft. Unter dieser Bedingung ist der durch die Verbindungsglieder 42 und 44 gebildete Übergang leicht gespannt oder belastet, und es kann ein Über­ gang verwendet werden, der eine relativ geringe Quali­ tät hat und somit wenig aufwendig ist.

Wenn beispielsweise Quartz verwendet wird, zeich­ net sich der erfindungsgemäße Kraftmesser 10 durch ei­ ne sehr niedrige Hysteresis und durch eine sehr geringe Kriechdehnung unter Belastung aus, wobei die Genauigkeit in der Größenordnung 10^-5 bis 10^-6 liegt. Jedoch ist der Kraftmesser auch durch eine Kapazität gekennzeichnet, die nur sehr wenig temperaturabhängig ist.

Der Kraftmesser 10 spricht im allgemeinen ledig­ lich auf die resultierende Kraft entlang der einzigen Achse 30 an und behält ein relativ hohes "Schwächungs­ verhältnis" für Kräfte in anderen Ebenen. Die Endblöcke 12 und 14 des vorliegenden Ausführungsbeispiels können sofort aus einem rechteckförmigen, länglichen Quartz­ block hergestellt werden, der in der Form der komplemen­ tären Oberflächen geschnitten ist. Die beiden Blöcke mit diesen komplementären Oberflächen haben nur zwei Schlitze, die geschnitten sind, um den oberen und den unteren Steg zu bilden. Die die Stege bildenden Schlitze können auf entgegengesetzten Seiten wie der Fühlerteil liegen, wie dies dargestellt ist, oder sie können auf der gleichen Seite sein.

Die Blöcke sind verbunden, um einen Kraftmesser zu bil­ den, in dem die Stege beispielsweise durch Schmel­ zen verbunden sind, so daß eine stabile, monolithische Struktur entsteht. In anderen Ausführungsformen der Erfin­ dung können andere Materialien einschließlich Metallen für die Endblöcke 12 und 14 benutzt werden, sofern wenig­ stens eines der Leiterteile 34 und 36 vom anderen Glied iso­ liert ist. Die Elemente 50 und 52 können aus Metall oder einem anderen Material bestehen.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform für die Endblöcke 12 und 14 gemäß der Erfindung, wobei einfach geschnittene, komplementäre Flächen benutzt werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Endblock 14 im wesentlichen mit dem Endblock 12 identisch. Die Leiterteile 34 und 36 liegen auf entgegengesetzten Tei­ len der ebenen Flächen 20 und 22 zwischen den jeweiligen Schlitzen auf den Endblöcken 12 und 14. Der Betrieb eines Kraftmessers mit diesem Aufbau ist im wesentlichen gleich zu dem Betrieb des anhand der Fig. 1 erläuterten Kraftmessers, wobei jedoch hier für die Kapazität ein Cosinus-Skalen­ faktor benutzt wird. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Endblöcke 12 und 14 im allgemeinen im Gegensatz zu den in Fig. 1 bis 3 gezeigten rechteck­ förmigen Querschnitten kreisförmige Querschnitte besitzen.

Die Fig. 6A, 6B und 6C und 7 bis 10 zeigen eine Anzahl alternativer Ausführungsbeispiele der Erfindung. In die­ sen zuletzt genannten Figuren haben die den Elementen in Fig. 1 bis 3 entsprechenden Elemente die gleichen Be­ zugszeichen. In den Fig. 6A, 6B, 6C und 7 bis 10 besteht der Kraftmesser 10 im allgemeinen aus zwei Abschnitten 12 und 14 eines zylindrischen Stabes, der sich entlang einer Mittelachse 16 erstreckt, wobei die beiden Abschnitte 12 und 14 komplementäre Flächen an ihren benachbarten Enden haben. Die komplementären Flächen umfassen wenigstens zwei entgegengesetzte Flächen 20 und 22, die in der Richtung parallel zur ersten Bezugsachse 30 versetzt sind und parallel zur zweiten Bezugsachse 24 verlaufen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Flächen 20 und 22 eben. In alternativen Ausführungsbeispielen können die Flächen 20 und 22 anders als eben gestaltet sein; sie können bei­ spielsweise sphärische Abschnitte sein. Jeder der Flächen 20 und 22 trägt eines der ebenen, elektrischen Leiterteile 34 und 36.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 6A, 6B, 6C und 7 bis 10 erstrecken sich ein oberer und ein unterer Steg 70 und 72, die von gleicher Länge und parallel sind, zwischen den Endblöcken 12 und 14 und koppeln oder verbinden diese. Die Stege 70 und 72 sind um Ach­ sen parallel zur Achse 24 biegsam oder flexibel.

Die Stege 70 und 72 sind an jedem von ihren Enden mit einem der Endblöcke 12 und 14 durch Perlen oder Stäbchen verbunden, die von den Endblöcken 12 und 14 aus­ gehen. Tatsächlich ist der Steg 70 entlang Achsen 76 und 78 gekoppelt, die parallel zur Achse 24 verlaufen, und der Steg 72 ist entlang Achsen 80 und 82 ge­ koppelt, die parallel zur Achse 24 sind. Die Achsen 76 und 78 sind um den gleichen Abstand auf der Achse 16 wie die Achsen 80 und 82 beabstandet. Darüber hinaus sind die Achsen 76 und 80 im wesentlichen um den gleichen Ab­ stand entlang der Achse 30 wie die Achsen 78 und 82 be­ abstandet. In den Ausführungsbeispielen aller Fig. 6A, 6B, 6C und 7 bis 10 können die Elemente aus einem einzi­ gen Material, wie beispielsweise Quartz, bestehen, und sie können miteinander verschmolzen sein, um eine mono­ lithische Struktur zu bilden.

Wie insbesondere aus den Fig. 6 bis 10 zu ersehen ist, liegen der obere und der untere Steg 70 und 72 auf entgegengesetzten Seiten der Endblöcke 12 und 14.

In alternativen Ausführungsbeispielen können die Stege 70 und 72 auf der gleichen Seite der Endblöcke 12 und 14 beispielsweise in einer zur Fig. 6A ähnlichen Struk­ tur vorgesehen werden, wobei jedoch der Steg 72 (und die Achsen 80 und 82) darüber liegt und durch Perlen oder Stäbchen mit dem Steg 70 gekoppelt oder ver­ bunden ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6A bis 6C umfassen die Stege 70 und 72 Ausdehnungsteile an jedem En­ de, die mit den Endblöcken 12 und 14 durch Perlen oder Stäb­ chen gekoppelt sind. Die sich ergebenden Verbindungen, in denen die Stege mit einem der Endblöcke 12 und 14 an beabstandeten Stellen (entlang der Achse 16) ge­ koppelt sind, sind gegenüber Momenten widerstandsfähig. Die gegenüber Momenten widerstandsfähige Kopplung der Ausdehnungsteile mit einem der Endblöcke 12 und 14 macht die Beanspruchung oder Dehnung an diesen Verbindungsstellen möglichst klein.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 7 werden zwei diago­ nal entgegengesetzte, "momenten-widerstandsfähige" Kopp­ lungen mit zwei diagonalen "nichtmomenten-widerstandsfähi­ gen" Kopplungen verwendet.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 8 werden zwei gerade, entgegengesetzte "momenten-widerstandsfähige" Kopplungen mit zwei geraden, entgegengesetzten, "nichtmomenten-wider­ standsfähigen" Kopplungen verwendet.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 9 ist ähnlich zum Ausführungsbeispiel von Fig. 7, wobei jedoch die komple­ mentären Flächen der Endblöcke 12 und 14 eine einzige ge­ schnittene Ebene bilden.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 10 ist ähnlich zu demjenigen von Fig. 7, wobei jedoch die Stege 70 und 72 kegelförmig oder spitz zulaufen.

Claims (14)

1. Kraftmesser
mit zwei nebeneinander angeordneten formsteifen End­ blöcken (12, 14), die durch in Kraftrichtung biegsame Stege (12a, 14b bzw. 12b, 14a) miteinander verbunden sind und jeweils einen zum anderen Endblock weisenden Queransatz aufweisen und
mit zwischen den beiden Queransätzen angeordneten Meß­ fühlern zur Erfassung von Abstandsänderungen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Queransätze mit Abstand gegenüberliegende Flä­ chen (20, 22) aufweisen, auf denen die als berührungs­ lose Abstandsfühler (34, 36) ausgebildeten Meßfühler angeordnet sind.

2. Kraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslosen Abstandsfühler elektrische Lei­ terteile (34, 36) sind, die mit zueinander parallelen Oberflächen auf den Queransätzen angeordnet sind.

3. Kraftmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen parallel zur zweiten Bezugsachse (24) sind.

4. Kraftmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen zur Mittelachse (16) geneigt ange­ ordnet sind.

5. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endblöcke (12, 14) im wesentlichen identisch sind, wobei der obere Steg (12a) und der un­ tere Steg (14b) der Endblöcke (12, 14) durch ein Verbindungsglied (42) und der untere Steg (12b) und der obere Steg (14a) der Endblöcke (12, 14) über ein Ver­ bindungsglied (44) miteinander gekoppelt sind.

6. Kraftmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die oberen und unteren Stege im wesentlichen gleich lang sind und
daß der Abstand der Koppelpunkte an den Endblöcken (12 bzw. 14) gleich ist.

7. Kraftmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endblöcke (12, 14) und die Stege (12a, 12b bzw. 14a, 14b) monolithisch sind und aus dielektrischem Material bestehen.

8. Kraftmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Quarz oder ein kerami­ sches Material ist.

9. Kraftmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsfühler (34, 36) auf den Flächen (20, 22) aufgebrachte dünne Leiterschichten sind.

10. Kraftmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen (20, 22) parallel zur zweiten Bezugsachse (24) sind.

11. Kraftmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (12a, 14b bzw. 12b, 14a) durch Schlitze in den Endblöcken (12, 14) gebildet sind.

12. Kraftmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze parallel zur zweiten Bezugsachse (24) sind.

13. Kraftmesser nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schlitze unterschiedliche Tiefen (A, B) aufweisen.

14. Kraftmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Steg in Richtung der Mit­ telachse (16) spitz oder konisch bzw. schräg zulaufen.