DE3238951A1

DE3238951A1 - Kraftaufnehmer

Info

Publication number: DE3238951A1
Application number: DE19823238951
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 5620 Velbert Baethke
Original assignee: ERICHSEN A M GmbH
Current assignee: ERICHSEN A M GmbH
Priority date: 1982-10-21
Filing date: 1982-10-21
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DE3238951C2

Description

Kraftaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer mit einem speichenradartigen Verformungselement, das aus einem Außenkranz, einer Nabe und aus diese verbindenden, Dehnungsmeßstreifen tragenden Bie geste gen besteht und dessen Außenkranz axial einzuspannen ist.
Kraftaufnehmer mit einem derartigen, speichenrad'förmig ausgebildeten Verformungselement sind in zahlreichen Ausführungsformen und für die verschiedensten Meßbereiche bekannt ( DE-PS 22 00 211 ). Ein wesentlicher Nachteil der Speichenradform des Verformungselementes liegt aber in den mechanischen Rückwirkungen, die bei der Einspannung des Außenkranzes auf die Biegestege des Verformungselementes ausgeübt werden. Die Einspannverhältnisse sind im allgemeinen nur schwer zu definieren, da sich durch Bearbeitungsungenauigkeiten, Formfehler,unterschiedliche oder nicht ausreichende Vorspannung oder durch Setzeffekte oft sehr unterschiedliche Beeinflussungen der Biegestege ergeben können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sich aus der Einspannung des Außenkranzes keine merklichen mechanischen Rückwirkungen auf die Biegestege des Verformungselementes ergeben.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Außenkranz im Anschlußbereich der Biegestege jeweils eine elastische Biege- und Torsionszone aufweist, in der eine vor dem jeweils angrenzenden Biegesteg liegende Aussparung vorgesehen ist, welche zwei, vorzugsweise gleiche, Verbindungsstege zwischen Biegesteg und Außenkranz beläßt. Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform bestehen die Aussparungen jeweils aus einem quer zum angrenzenden Biegesteg gerichteten Langloch. Die Verbindungsstege können an ihrer schmalsten Stelle jeweils etwa eine gleiche, vorzugsweise eine etwas kleinere, Querschnittsfläche wie der Biegesteg an seiner schmalsten Stelle aufweisen Durch diese Maßnahmen wird eine elastische Anlenkung zwischen Biegestegende und Außenkranz erreicht, wodurch aus den Einspannunsicherheiten des Außenkranzes herrührende Störeinflüsse auf ein Minimum reduziert werden.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Gehäuseteile an ihren Einspannflächen mit Ausnehmungen zur berührungslosen Aufnahme der Biegezone versehen sind. Im übrigen, d. h. außerhalb dieser Ausnehmung, liegen die Einspannflächen vollflächig auf dem Außenkranz des Verformungselementes auf.
Das Verformungselement kann an in Umfangrichtung zwischen den Biegezonen liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern für Einspannschrauben versehen sein. Alternativ können diese Aufnahmelöcher aber auch an radial außerhalb der Biegestege und Biegezone liegenden Stellen am Außenkranz vorgesehen werden.
Der Erfindung zufolge kann ferner ein als Dose ausgebildeter Gehäuseteil bodenseitig mit einem Mittelbutzen versehen sein, welcher als Überlastschutz bis kurz unter die Nabe reicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Biegestege sich nach außen hin gleichmäßig verjüngen. Hierdurch werden' -in Verbindung mit der elastischen Anlenkung an den Außenkranz - relativ weit auslenkbare Biegestegbereiche geschaffen, an denen die Dehnungsmeßstreifen angeordnet werden können, so daß ein Kraftaufnehmer sehr hoher Meßempfindlichkeit erzielt wird. Zugleich ist über eine große Länge der Speichen hinweg eine weitgehend gleiche Biegespannung sichergestellt.
Weiterhin kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß der Kraftaufnehmer mit zwei in Reihe geschalteten, durch einen Mittelbutzen verbundenen Verformungselementen versehen ist. Durch diese Anordnung wird ein Aufnehmer hoher Seitenstabilität gegenüber Querkräften erreicht.
Die bisherigen Ausführungen sind vornehmlich auf Kraftaufnehmer mit einem flachen Verformungselement gerichtet, das über seine gesamte Fläche hinweg gleiche Materialdicke aufweist und also zwischen zwei gesonderten Gehäuseteilen eingespannt werden muß.
Die Erfindung ist aber auch von Vorteil anwendbar bei Verformungsgliedern, die einen verhältnismäßig dickwandigen Außenkranz aufweisen, der unmittelbar an eine Widerlagerfläche z. B. einer Wägezelle anschraubbar ist, während die Biegestege verhältnismäßig dünnwandig sind. Bei solchen Verformungsgliedern kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß der Außenkranz aus einem dickwandigen Einspannrand und aus einer, innen angrenzenden, dünnwandigen Ringzone besteht, in der die Aussparungen liegen.
Bei der letztgenannten Ausführungsform kann das Verformungselement zugleich auch eine dickwandige Nabe aufweisen, in welcher eine Gewindebohrung zum Anschlul3 eines Druck- oder Zugtibertragungsgl leders vorp sehen ist.
Schließlich kann der Erfindung zufolge noch ein oberes Gehäuseteil beim Kraftaufnehmer vorgesehen werden, das als Zugkraft-Uberlastschutz bis über den Rand der Nabe ragt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Kraftaufnehmer in einem Axialschnitt gemäß der Linie I-I in den Fig. 2, 3 und 4, Fig. 2 den deckelseitigen Gehäuseteil des Kraftaufnehmers, in Fig. 1 von unten gesehen, Fig. 3 eine Draufsicht auf das Verformungselement des Kraftaufnehmers nach Fig. 1, Fig. 4 eine Draufsicht auf den als Dose ausgebildeten unteren Gehäuseteil des Kraftaufnehmers, Fig. 5, 6 und 7 drei weitere Ausführungsbeispiele von Verformungselementen eines Kraftaufnehmers, Fig. 8 ein Kraftaufnehmer mit zwei hintereinander geschalteten Verformungselementen, Fig. 9 ein Verformungselement mit dickwandigem Außenkranz und dickwandiger Nabe, in einem Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. -10, Fig. 10 eine Draufsicht auf das Verformungselement nach Fig. 9, Fig. 11 einen Kraftaufnehmer mit Vberlastsicherung gegenüber Zug und Druck in einem Schnitt analog Fig. 9 und Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftaufnehmers nach der Erfindung mit Uberlastschutz nach beiden Seiten, ebenfalls in einem Schnitt analog Fig. 9.
Der in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Kraftaufnehmer besteht aus einem unteren, als Dose ausgebildeten Gehäuseteil 1, einem ringförmigen Gehäuseoberteil 2, einem zwischen diesen beiden GehäuseteiLen 1 und 2 eingespannten flachen Verformungselement 3, einem auf dem Verformungselement 3 mittig aufsitzenden Belastungsstutzen 4 und einer auf einer Innenringschulter des Gehäuseteiles 2 und einer äußeren Ringschulter des Stutzens 4 aufsitzenden, dicht eingeklebten elastischen Membran 5.
Der dosenförmige Gehäuseteil 1 besitzt einen Mittelbutzen 6, der als Uberlastschutz bis kurz unter das Verformungselement 3 ragt, und eine als Ringschulter ausgebildete Einspannfläche 7, die in regelmäßigen Abständen mit Aufnahmelöchern 8 für Einspannschrauben 9 versehen ist. Die Einspannfläche 7 ist an jeweils zwischen den Löchern 8 liegenden Stellen mit flachen Ausnehmungen 10 versehen.
Der ringförmige Gehäuseteil 2 ist an seiner erhabenen Einspannfläche mit Gewindebohrungen 11 für die Einspannschrauben 9 und zwischen den Gewindebohrungen 11 mit weiteren flachen Aussparungen 12 versehen, die den Aussparungen 10 des Gehäuseteiles 1 jeweils gegenüberliegen.
Das Verformungselement 3 besteht aus einer zentralen Nabe 13 und einem Außenkranz 14, die über Biegestege 15 miteinander verbunden sind. Die Biegestege 15 verjüngen sich nach außen hin und bilden beim Ausführungsbeispiel zusammen mit der Nabe 13 einen sechszackigen Stern. Der Außenkranz ist mit Durchtrittslöchern 16 für die Einspannschrauben 9 versehen und weist zwischen zwei benachbarten Löchern 16 jeweils eine Biegezone 17 auf, die berührungsfrei von den Ausnehmungen 10, 12 der Gehäuseteile 1, 2 eingeschlossen ist. Die Biegestege 15 sind im Bereich dieser 14 Biegezonen 17 an den Außenkranz/angeschlossen, welcher im Bereich jeder Biegezone 17 eine Aussparung 18 in Form eines Langloches aufweist, das sich quer zum jeweils benachbarten Biegesteg 15 erstreckt. Die Längsachse der Aussparungen 18, bzw. der Durchmesser von kreisförmigen Aussparungen, ist beträchtlich größer, z B. zwei bis vierfach größer, als die Breite der- Biegestege an ihrer schmalsten Stelle. Durch die Aussparung 18 werden jeweils zwei Verbindungsstege 19, 20 geschaffen, über die ein Biegesteg 15 mit dem flächig eingespannten Teil des Außenkranzes 14 verbunden ist. Die Verbindungsstege 19, 20 weisen etwa gleichen Querschnitt auf wie die Biegestege 15 an ihren schmalsten Stellen.
Fig. 5 zeigt ein als vierzackiger Stern ausgebildetes Verformungselement mit. dementsprechend vier Biegezonen 21, die unter Belassung eines Bewegungsfreiraumes zwischen Einspannflächen ihrer zugehörigen Gehäuseteile ( nicht gezeigt ) liegen. Während in den Fig. 1 bis 5 Verformungselemente mit kreisförmiger Außenkontur gezeigt sind, veranschaulichen die Fig. 6 und 7 Verformungselemente mit quadratischer Aiußenkontur. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 liegen die Biegezonen 21 wie bei den bisher behandelten Ausführungsbeispielen jeweils zwischen zwei Aufnahmelöchern 22 für die Einspannschrauben und liegen sie jeweils im Bereich der Längsmitte einer Randseite.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind die Biegestege 23 auf die Ecken des insgesamt quadratischen Verformungselementes ausgerichtet, und die Aufnahmelöcher 24 sind in Verlängerung der Biegestege 23 jenseits jeweils der Biegezone 21 angeordnet.
Bei allen Ausführungsbeispielen sir die Dehnungsmeßstreifen 25 jeweils verhältnismäß.ig nahe des Außenkranzes 14 an den Biegestegen 15 bzw. 23 angeordnet.
Fig. 8 zeigt einen Kraftaufnehmer mit zwei in Reihe hintereinander geschalteten Verformungsmeßgliedern 26 und 27, die durch einen anbefestigten Mittelbutzen 28 miteinander verbunden und zwischen den drei Gehäuseteilen 1, 29, 2 eingespannt sind, die alle mit den Ausnehmungen 10, 12 zur freien Aufnahme der Biegezonen 17 der Außenkränze versehen sind.
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Verformungselement 30, dessen Außenkranz einen dickwandigen Einspannrand 31 besitzt, mit welchem das Verformungsglied unmittelbar an einer Widerlagerfläche einer Meßmaschine, Wägezelle oder dgl. angeschraubt werden kann. An den Einspannrand 31 schließt sich zunächst ein abgestufter Rand 32 an, auf dessen Schulterflächen jeweils eine Abdichtung 33, 34 angebracht ist, bei denen es sich wiederum um Membranen wie bei' den früher behandelten Ausführungsbeispielen handelt. An die Zwischenstufe 32 grenzt eine verhältnismäßig dünnwandige Ringzone 35, an welche vier speichenförmige Biegestege 36 angeschlossen sind. Die Ringzone 35 ist vor jedem angrenzenden Biegesteg 36 mit einer langlochartigen Aussparung 37 versehen. Die Nabe 38 ist hier ebenfalls mit einer Zwischenstufe 39 zur Aufnahme der Abdichtungen 33, 34 versehen und im übrigen etwas kürzer bemessen als die Dicke des Einspannrandes 31.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 liegt ein ähnliches Verformungselement 40 wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel vor, mit allerdings dem Unterschied, daß die Nabe 41 mit einer axialen Gewindebohrung 42 versehen ist, in welche ein mit einem yerdickten Mittelabschnitt 43 versehener Gewindebolzen 44 eingeschraubt ist, an dessen oberes Gewindeende Zug-und Druckübertragungseinrichtungen angeschlossen werden können. Das Verformungsglied 40 ist zwischen zwei scheibenförmigen Gehäuseteilen45, 46 eingefaßt, wobei das obere Gehäuseteil 46 eine zentrale Durchgangsbohrung für den Mittelteil 43 des Gewindebolzens 44 aufweist, jedoch noch deutlich über den Rand 47 der Nabe 41 hinwegragt, so daß das Verformungselement 40 durch das Gehäuse teil 46 gegen Zugüberlastung und durch den bodenseitigen Teil 45 gegen Drucküberlastung gesichert ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 weist die Nabe 41 eine durchgehende Bohrung auf, und das Verformungselement ist selbst mit zwei Abdichtungen 33, 34 versehen. Demgegenüber zeigt Fig, 12 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Nabe 48 nach oben hin überlang ausgebildet ist und eine Sackloch-Gewindebohrung 49 zum Anschluß eines Zug-oder Druckilbertragungsgliedes aufweist. Das Verformungselement 50 ist wiederum zwischen zwei Gehäuseteilen 51, 52 eingespannt, wobei das obere Gehäuseteil 52 eine zentrale Durchgangsbohrung für die verlängerte Nabe 48 aufweist und über eine Ringschulter 53 der Nabe als Zugüberlastschutz ragt. Auf Ringschultern am oberen Ende der Nabe 48 und des Gehäuseteiles 52 ist hier nur eine membranförmige Abdichtung 54 vorgesehen.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Kraftaufnehmer mit einem speichenradartigen Verformungs-Vw element, das aus einem Außenkranz, einer Nabe und aus diese verbindenden, Dehnungsmeßstreifen tragenden Biegestegen besteht und dessen Außenkranz axial einzuspannen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkranz ( 14 ) im Anschlußbereich der Biegestege ( 15 ) jeweils eine elastische Biege- und Torsionszone ( 17 ) aufweist, in der eine vor dem jeweils angrenzenden Biegesteg ( 15 ) liegende, zwei Verbindungsstege ( 19, 20 ) zwischen Biegesteg und Außenkranz ( 14 ) belassende Aussparung ( 18 ) vorgesehen ist
2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen ( 18 ) jeweils aus quer zum angrenzenden Biegesteg ( 15 ) gerichteten Langlöchern bestehen.
3. Kraftaufnehmer naoh den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege ( 19, 20 an ihrer schmalsten Stelle jeweils etwa eine gleiche Querschnittsfläche wie der Biegesteg ( 15 ) an seiner schmalsten Stelle aufweisen.
4. Kraftaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem flachen Verformungselement ( 3 ) die Gehäuseteile ( 1, 2 ) an ihren Einspannflächen mit Ausnehmungen ( 10, 12 ) zur berührungslosen Aufnahme der Biegezone ( 17 ) versehen sind.
5. Kraftaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d.adurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement ( 3 ) an in Umfangrichtung zwischen den Biegezonen ( 17 ) liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern ( 16 ) für Einspannschrauben ( 9 ) versehen ist.
6. Kraftaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement an radial außerhalb der Biegestege ( 23 ) und Biegezonen ( 21 ) liegenden Stellen mit Aufnahmelöchern ( 24 ) für die Einspannschrauben ( 9 ) versehen ist.
7. Kraftaufnehmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Dose ausgebildeter Gehäuseteil ( 1 ) bodenseitig mit einem Mittelbutzen ( 6 ) versehen ist, welcher als Uberlastschutz bis kurz unter die Nabe ( 13 ) des Verformungselementes ( 3 ) reicht.
8. Kraftaufnehmer na n den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegestege ( 15 ) sich nach außen hin verjüngen.
9. Kraftaufnehmer nach Anspruch 8-, dadurch gekennzeichnet, daß er mit zwei in Reihe geschalteten, durch einen Mittelbutzen ( 28 ) verbundene Verformungselementen ( 26, 27 ) versehen ist.
10. hraftaffnehmer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkranz aus einem unmittelbar an eine Widerlagerfläche z. B.

einer Wägezelle anschraubbaren, dickwandigen Einspannrand ( 31 ) und aus einer, innen angrenzenden dünnwandigen Ringzone ( 35 ) besteht, in der die Aussparungen ( 37 ) liegen.
11. Kraftaufnehmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement ( 40 ) mit einer dickwandigen Nabe ( 41 ) versehen ist in welcher eine Gewindebohrung ( 42 ) zum Anschluß eines Druck- oder Zugübertragungsgliedes ( 44 ) vorgesehen ist.
12. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein oberes Gehäuseteil ( 46, 52 ), das als Z.ugkraft-Ubella.stsctlutz bis Über den Ralld ( 47, 53 ) der Nabe ( 41, 48 ) ragt.