DE3924629A1 - Kraftmessdose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose mit einem konzentrisch zur Dosenachse angeordneten Verformungsring, der an einer inneren Mantellinie mit einem inneren Krafteinleitungskörper und an einer äußeren Mantellinie mit einem äußeren Krafteinleitungsring verbunden ist und an seiner Oberseite und seiner Unterseite elektromechanische Dehnungsmeßelemente trägt, die elektrisch zu einer Meßbrücke geschaltet sind.

Derartige Kraftmeßdosen oder Kraftaufnehmer, die bevorzugt als Wägezellen eingesetzt werden, wandeln die unter der Einwirkung der zu messenden Kraft auftretenden Verformungen in elektrische Größen um, insbesondere durch Widerstandsänderungen der elektromechanischen Dehnungsmeßelemente. Die erhaltenen elektrischen Größen werden in der Meßbrückenschaltung ausgewertet. Wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere ihrer geringen Baugröße, ihrer hohen Auflösung bei großen Meßbereichen und ihrer linearen Charakteristik werden solche Kraftmeßdosen in weiten Anwendungsbereichen eingesetzt, vor allem als Wägezellen im Waagenbau. Um schädliche Umgebungseinflüsse auf die empfindlichen Dehnungsmeßelemente zu vermeiden, ist es erforderlich, diese gegenüber der Umgebung abzuschirmen bzw. abzukapseln.

Bei einer bekannten Kraftmeßdose der eingangs genannten Gattung (DE-PS 12 68 878), deren Bauprinzip im weiten Umfang Eingang in die Technik gefunden hat, liegen die Dehnungsmeßelemente an der Oberseite und an der Unterseite des Verformungsrings. Wenn der äußere Krafteinleitungsring in üblicher Weise mit einer die Kraftmeßdose tragenden Fläche verbunden wird, liegen die an der Unterseite des Verformungsrings angeordneten Dehnungsmeßelemente geschützt in einem gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Raum. Die Dehnungsmeßelemente an der Oberseite des Verformungsrings liegen jeweils frei und müssen durch ein zusätzliches Gehäuse geschützt werden. Die hierzu benötigten Bauteile müssen eine dichte und möglichst stabile Hülle bilden, dürfen aber zu keinem spürbaren Kraftnebenschluß der Kraftmeßdose führen.

Wenn die an der Oberseite des Verformungsrings liegenden Dehnungsmeßelemente zur Vermeidung von schädigenden Umwelteinflüssen weggelassen werden, können die verbleibenden Dehnungsmeßelemente an der Unterseite des Verformungsrings nur noch in einer Halbbrücke geschaltet werden, wodurch sich wesentliche meßtechnische Nachteile ergeben.

Bei einer anderen bekannten Kraftmeßdose (DE-AS 11 29 317) sind die zu einer Vollbrücke geschalteten Dehnungsmeßelemente nur an der Unterseite eines Verformungskörpers in einem durch eine Membran abgeschlossenen Hohlraum geschützt untergebracht. Hierbei muß der Verformungskörper aber als Kreisplatte ausgeführt sein, die auf ihrer Unterseite in entgegengesetzten Richtungen verformte Flächenabschnitte zur Aufnahme der Dehnungsmeßelemente aufweist. Im Gegensatz zu der eingangs genannten Gattung von Kraftmeßdosen mit einem Verformungsring sind der Meßbereich und die Linearität einer derartigen Kraftmeßdose mit einer Kreisplatte als Verformungskörper jedoch gering, und es sind zusätzliche konstruktive Maßnahmen erforderlich, um die Luftdruckabhängigkeit des Ausgangssignals zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftmeßdose der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß unter Beibehaltung der Vollbrückenschaltung alle Dehnungsmeßelemente gegenüber äußeren Einflüssen geschützt untergebracht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens die an der Oberseite des Verformungsrings liegenden Dehnungsmeßelemente mit einer kreisringförmigen Deckscheibe überdeckt sind, die beiderseits der Dehnungsmeßelemente mit der Oberfläche des Verformungsrings dicht verbunden ist.

Durch die kreisringförmige Deckscheibe werden die Dehnungsmeßelemente gegenüber allen störenden oder schädigenden äußeren Einflüssen geschützt. Die Deckscheibe stellt keinen störenden Kraftnebenschluß dar. Da sie an ihrem äußeren und inneren Rand mit dem Verformungsring verbunden ist, verhält sie sich beim Meßvorgang wie ein Teil des Verformungsrings selbst. Die im Vergleich zu dem Verformungsring ohnehin sehr geringen Verformungskräfte der Deckscheibe bzw. Deckscheiben werden bei der Kalibrierung der Kraftmeßdose erfaßt und berücksichtigt. Der Platzbedarf für die Kapselung der Dehnungsmeßelemente mittels der Deckscheiben ist sehr gering. Weder die Bauhöhe noch der Außendurchmesser der Kraftmeßdose werden durch diese Kapselung vergrößert.

Obwohl die an der Unterseite des Verformungsrings liegenden Dehnungsmeßelemente bei der üblichen Einbauform in einem nach außen abgeschlossenen Raum und somit geschützt angeordnet sind, ist es besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäßen Deckscheiben sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite des Verformungsrings anzubringen. Zum einen wird dadurch ein wirksamer Schutz der an der Unterseite liegenden, im eingebauten Zustand geschützten Dehnungsmeßelemente auch für den Montagevorgang erreicht; zum anderen wird insbesondere erreicht, daß für die an der Oberseite und an der Unterseite des Verformungsrings liegenden Dehnungsmeßelemente weitestgehend gleiche Verhältnisse geschaffen werden. Durch die so erzielte Symmetrie der Vollbrückenschaltung wird eine für eine hohe Meßgenauigkeit günstige Charakteristik der Kraftmeßdose erreicht.

Die Deckscheiben können aus Blech oder Kunststoff bestehen und können mit dem Verformungsring verklebt, verschraubt und/oder verschweißt sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den die Dehnungsmeßelemente aufnehmenden, zwischen der Oberfläche des Verformungsrings und der Deckscheibe gebildeten Ringraum mit Kunststoff auszugießen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt jeweils in einem senkrechten Schnitt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Kraftmeßdose,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Kraftmeßdose und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Kraftmeßdose.

Allen dargestellten Ausführungsformen von Kraftmeßdosen, die beispielsweise als Wägezellen eingesetzt werden, ist gemeinsam, daß als Verformungskörper ein Verformungsring verwendet wird, der konzentrisch zur Längsachse 2 der Kraftmeßdose angeordnet ist. Die Krafteinleitung erfolgt jeweils über eine zentrisch an der Oberseite der Kraftmeßdose liegende Krafteinleitungsfläche 3, die beispielsweise gewölbt sein kann und an einem zentralen Krafteinleitungskörper 4 ausgebildet ist.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 stützt sich der Krafteinleitungskörper 3 über einen zur Dosenachse 2 konzentrischen inneren Krafteinleitungszylinder 5 an einer inneren Mantellinie 6 am Verformungsring 1 ab. An einer äußeren Mantellinie 7 stützt sich der Verformungsring 1 über einen äußeren Krafteinleitungszylinder 8, der ebenfalls konzentrisch zur Dosenachse 2 angeordnet ist, an einem äußeren Krafteinleitungsring 9 ab, dessen untere Stirnfläche 10 die untere Krafteinleitungsfläche bildet, mit der die Kraftmeßdose auf einer sie tragenden Fläche montiert wird.

An der Oberseite 11 und an der Unterseite 12 des Verformungsrings 1, die kreisringförmig ausgebildet sind, sind jeweils Dehnungsmeßelemente 13 und 14 aufgebracht, die in einer (nicht dargestellten) Vollbrückenschaltung einer elektrischen Widerstandsmeßbrücke geschaltet sind. Bei den Dehnungsmeßelementen 13 und 14 handelt es sich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 um Dehnungsmeßstreifen.

Über den oberen Dehnungsmeßelementen 13 und unter den unteren Dehnungsmeßelementen 14 liegt jeweils eine kreisringförmige Deckscheibe 15. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die Deckscheibe 15 an ihrer Innenkante und an ihrer Außenkante jeweils einen zur Oberfläche 11 bzw. 12 des Verformungsrings 1 vorspringenden Randring 16, 17 auf, der mit der Oberfläche 11 bzw. 12 verbunden, beispielsweise verklebt ist. Stattdessen oder zusätzlich kann eine in Fig. 1 nur angedeutete Schraubverbindung 18 gewählt werden, um die Deckscheibe 15 mit dem Verformungskörper 1 zu verbinden.

Ein zwischen der Oberfläche 11 bzw. 12 des Verformungsrings und der Deckscheibe 15 gebildeter Ringraum 19, der die Dehnungsmeßelemente 13 bzw. 14 enthält, ist mit aushärtendem oder dauerelastischem Kunststoff ausgegossen. Die Deckscheiben 15 können aus Blech oder Kunststoff bestehen.

Der im unteren Teil der Kraftmeßdose liegende Raum 20, der ein Kompensationsgehäuse 21 aufnehmen kann, ist bei den Beispielen nach den Fig. 1 und 2 durch eine einfache Blech- oder Kunststoffscheibe 22 abgedichtet, die mit dem Krafteinleitungsring 9 dicht verbunden, vorzugsweise eingeklebt ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß beiderseits der die Dehnungsmeßelemente 13 bzw. 14, hier beispielsweise Meßringe, tragenden Oberfläche 11 bzw. 12 jeweils ein axial vorspringender Randwulst 23 bzw. 24 ausgebildet ist. Die Randwülste 23 bzw. 24 können beispielsweise dadurch gebildet werden, daß in der Oberseite und der Unterseite des Verformungsrings 1 jeweils eine flache kreisringförmige Nut gebildet ist, in der die Dehnungsmeßelemente 13 bzw. 14 angeordnet sind.

Die Deckscheiben 15 sind hierbei nur flächige Kreisringscheiben, die mit den Randwülsten 23 und 24 in der schon beschriebenen Weise verbunden sind.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mittlere Krafteinleitungskörper 4 über einen schmalen Ringbereich 25 mit dem Verformungsring 1 und dieser wiederum über einen äußeren schmalen Ringbereich 26 mit dem äußeren Krafteinleitungsring 9 verbunden. Der Krafteinleitungsring 9 stützt sich über eine Grundplatte 27 an einem unteren zentralen Stützkörper 28 ab.

Die an der Oberseite 11 und der Unterseite 12 des Verformungsrings 1 in der schon beschriebenen Weise angebrachten Dehnungsmeßelemente 13 bzw. 14 werden auch hier von jeweils einer kreisringförmigen Deckscheibe 15 überdeckt, die ähnlich wie beim Beispiel nach Fig. 1 axial vorspringende innere und äußere Randringe 16 bzw. 17 aufweist. Abweichend vom Beispiel nach Fig. 1 greifen diese Randringe 16 und 17 beim Beispiel nach Fig. 3 jedoch über eine innere Randkante 29 und eine äußere Randkante 30 der die Dehnungsmeßelemente 13 bzw. 14 tragenden Oberfläche 11 bzw. 12 und sind dort dichtend befestigt, vorzugsweise verklebt.

Claims (12)

1. Kraftmeßdose mit einem konzentrisch zur Dosenachse angeordneten Verformungsring, der an einer inneren Mantellinie mit einem inneren Krafteinleitungskörper und an einer äußeren Mantellinie mit einem äußeren Krafteinleitungsring verbunden ist und an seiner Oberseite und seiner Unterseite elektromechanische Dehnungsmeßelemente trägt, die elektrisch zu einer Meßbrücke geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die an der Oberseite (11) des Verformungsrings liegenden Dehnungsmeßelemente (13) mit einer kreisringförmigen Deckscheibe (15) überdeckt sind, die beiderseits der Dehnungsmeßelemente (13) mit der Oberfläche (11) des Verformungsrings (1) dicht verbunden ist.

2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die an der Oberseite (11) als auch die an der Unterseite (12) des Verformungsrings (1) liegenden Dehnungsmeßelemente (13 bzw. 14) mit einer kreisringförmigen Deckscheibe (15) überdeckt sind.

3. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) an ihrer Innenkante und an ihrer Außenkante einen zum Verformungsring (1) vorspringenden Randring (16 bzw. 17) aufweist.

4. Kraftmeßdose nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randringe (16, 17) der Deckscheibe (15) an der flachen, die Dehnungsmeßelemente (13 bzw. 14) tragenden Oberfläche (11 bzw. 12) des Verformungsrings (1) anliegen.

5. Kraftmeßdose nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Randringe (16 bzw. 17) die innere bzw. äußere Kante (29 bzw. 30) einer die Dehnungsmeßelemente (13 bzw. 14) tragenden kreisringförmigen Oberfläche (11 bzw. 12) übergreifen.

6. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsring (1) beiderseits einer die Dehnungsmeßelemente (13 bzw. 14) tragenden Kreisringfläche (11 bzw. 12) jeweils axial vorspringende Randwülste (23 bzw. 24) aufweist, die stirnseitig mit der flächig ausgeführten Deckscheibe (15) verbunden sind.

7. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) mit dem Verformungsring (1) durch Klebung verbunden ist.

8. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) mit dem Verformungsring (1) durch Schrauben verbunden ist.

9. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) mit dem Verformungsring (1) durch Schweißung verbunden ist.

10. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Dehnungsmeßelemente (13 bzw. 14) aufnehmender, zwischen der Oberfläche (11 bzw. 12) des Verformungsrings (1) und der Deckscheibe (15) gebildeter Ringraum (19) mit Kunststoff ausgegossen ist.

11. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) aus Blech besteht.

12. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (15) aus Kunststoff besteht.