DE3937318C1 - Force measuring unit with two concentric deformation rings - having electromechanical strain gauges on surface providing electrical values - Google Patents
Force measuring unit with two concentric deformation rings - having electromechanical strain gauges on surface providing electrical valuesInfo
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- DE3937318C1 DE3937318C1 DE19893937318 DE3937318A DE3937318C1 DE 3937318 C1 DE3937318 C1 DE 3937318C1 DE 19893937318 DE19893937318 DE 19893937318 DE 3937318 A DE3937318 A DE 3937318A DE 3937318 C1 DE3937318 C1 DE 3937318C1
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßvorrichtung mit wenigstens zwei Verformungsringen, die an einer inneren und einer äußeren Mantellinie jeweils mit einem Krafteinleitungselement zur Einlei tung einer Kraft oder einer Gegenkraft verbunden sind, wobei ein ringförmiges Krafteinleitungselement die Verformungsringe miteinander verbindet und die Verformungsringe an einer Fläche elektromechanische Wandlerelemente zur Umwandlung von Formänderun gen in elektrische Größen tragen.The invention relates to a force measuring device with at least two deformation rings, one on the inside and one on the outside Surface line each with a force introduction element for insertion tion of a force or a counterforce are connected, wherein a annular force introduction element the deformation rings connects with each other and the deformation rings on one surface electromechanical transducer elements for converting shape changes wear in electrical sizes.
Kraftmeßvorrichtungen dieser Art werden bevorzugt als Wägezellen verwendet. Sie wandeln unter der Einwirkung der zu messenden Kraft auftretende Verformungen in elektrische Größen um, die in einer Meßbrückenschaltung ausgewertet werden. Als besonders vorteilhaft werden bei derartigen Kraftmeßvorrichtungen vor allem ihre geringe Baugröße, ihre hohe Auflösung bei großen Meßbereichen und ihre li neare Charakteristik angesehen.Force measuring devices of this type are preferred as load cells used. They walk under the influence of the force to be measured deformations occurring in electrical quantities, which in a Measuring bridge circuit can be evaluated. To be particularly advantageous will be especially low in such force measuring devices Size, their high resolution for large measuring ranges and their li viewed linear characteristic.
Eine Kraftmeßvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-37 36 154 A1 bekannt. Bei dieser Kraftmeßvorrichtung sind die beiden Verformungsringe derart miteinander verbunden, daß ihre in neren Krafteinleitungselemente miteinander zu einem gemeinsamen inneren Krafteinleitungskörper und ihre äußeren ringförmigen Krafteinleitungselemente zu einem gemeinsamen äußeren Krafteinlei tungsring verbunden sind und einen Ringhohlraum umschließen, wobei die Wandlerelemente nur an den im Ringhohlraum liegenden Oberflä chen der Verformungsringe angebracht sind. Auf diese Weise liegen alle Wandlerelemente in den von den Bauteilen der Kraftmeßvor richtung vollständig umschlossen Ringhohlraum und sind dort ge genüber mechanischen und sonstigen Umgebungseinflüssen vollständig geschützt. Gleichwohl können die Wandlerelemente in üblicher Weise zu einer Vollbrücke geschaltet werden, da die gleichen Verformungsverhältnisse vorliegen, wie bei einem einzigen Verformungsring, der die Wandlerelemente an seiner Oberseite und seiner Unterseite trägt. Als nachteilig wird bei dieser bekannten Kraftmeßvorrichtung angesehen, daß sie eine verhältnismäßig große Bauhöhe aufweist. Die notwendigerweise mehrteilige Ausbildung der Kraftmeßvor richtung macht auch einen erhöhten Fertigungsaufwand zur Eingrenzung von Fertigungstoleranzen erforderlich.A force measuring device of the type mentioned is from the DE-37 36 154 A1 known. In this force measuring device two deformation rings connected so that their in neren force introduction elements together to a common inner force introduction body and its outer annular Force application elements to a common external force application tion ring are connected and enclose an annular cavity, wherein the transducer elements only on the surface lying in the ring cavity Chen the deformation rings are attached. Lying this way all transducer elements in the of the components of the force measurement direction completely enclosed ring cavity and are there ge completely against mechanical and other environmental influences protected. Nevertheless, the transducer elements can be used in the usual way to be switched to a full bridge as the same There are deformation ratios, as with a single one Deformation ring that the transducer elements on its Top and its bottom bears. Being a disadvantage viewed in this known force measuring device that it has a relatively large overall height. The necessarily multi-part training of Kraftmeßvor direction also increases production costs Narrowing of manufacturing tolerances required.
Es ist weiterhin eine Kraftmeßdose geringer Bauhöhe bekannt (DE-AS 11 29 317), bei der die zu einer Voll brücke geschalteten Dehnungsmeßelemente nur an der Unterseite eines Verformungskörpers in einem durch eine Membrane abgeschlossenen Hohlraum untergebracht sind. Hierbei ist der Verformungskörper aber als Kreisplatte ausgebildet, die an ihrer Unterseite in entgegengesetzte Richtungen verformbare Flächenabschnitte zur Aufnahme der Dehnungsmeßelemente aufweist. Verglichen mit der eingangs genannten Gattung von Kraftmeßvorrichtungen mit Verfor mungsring sind der Meßbereich und die Linearität der Meßcharakteristik bei einer Kraftmeßdose mit einer Kreisplatte als Verformungskörper jedoch gering.It is still a small height load cell known (DE-AS 11 29 317), in which the to a full bridge connected strain gauges only on the Underside of a deformation body in one by one Membrane closed cavity are housed. Here, the deformation body is a circular plate trained in opposite at their bottom Directionally deformable surface sections to accommodate the Strain measuring elements. Compared to the beginning mentioned type of force measuring devices with Verfor ring are the measuring range and the linearity of the Measurement characteristic for a load cell with a Circular plate as a deformation body, however, small.
Nach der DE-24 33 223 A1 ist eine Kraftmeßvorrichtung bekannt, die aus einem rechteckförmigen Ring besteht, der durch Meßzonen unterbrochen ist, die Teile mit verringer tem rechteckförmigen Querschnitt darstellen. Dabei stellen die Abschnitte zwischen den Meßzonen jeweils abwechselnd Krafteinleitungs- und Kraftaufnahmeelemente dar, die sich dadurch unterscheiden, daß sie gegenüber ihrer waagerech ten Ringfläche versetzt angeordnet sind. Auf den der Stirnfläche des Ringes zugeordneten Flächenteilen der Meßzonen sind auf einer Seite jeder Meßzone jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen angeordnet, die mit den Dehnungs meßstreifen anderer Meßzonen zu einer Vollbrücke geschal tet werden können. Durch die auf dem Kreisring in abwechselnder Folge angebrachten versetzen Krafteinlei tungs- und Kraftaufnahmeabschnitte ist es erforderlich, die zu messenden Kräfte über eine zusätzliche plattenför mige Abdeckung oberhalb und unterhalb der Kraftmeßeinrich tung einzuleiten. Durch eine derartige Abdeckung ist es aber ohne Kraftnebenschlüsse nicht möglich, für eine geschützte Anordnung der Dehnungsmeßstreifen zu sorgen.According to DE-24 33 223 A1 is a force measuring device known, which consists of a rectangular ring, the is interrupted by measuring zones, the parts with decrease represent rectangular cross-section. Put it there the sections between the measuring zones alternately Force introduction and force absorption elements that are distinguish in that they are horizontal to them th ring surface are arranged offset. To the Face of the ring associated surface parts of the Measuring zones are two on each side of each measuring zone Strain gauges arranged with the strain Measuring strips of other measuring zones form a full bridge can be tet. By in on the annulus alternating sequence of applied power introduction ting and force absorption sections, it is necessary the forces to be measured via an additional plate support Coverage above and below the force measuring device initiate. With such a cover it is but not possible without force shunts, for one to ensure protected arrangement of the strain gauges.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeß vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch eine geringe Bauhöhe, niedrige Herstellkosten und eine geschützte Anordnung der elektromechanischen Wandlerelemente auszeichnet.The invention has for its object a force measurement device of the type mentioned to create the by a low height, low manufacturing costs and a protected arrangement of the electromechanical Distinguishes converter elements.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verformungsringe und die Krafteinleitungselemente im wesentlichen in einer Ebene konzentrisch ineinander angeordnet sind, und daß die Verformungsringe jeweils nur auf der Fläche Wandlerelemente tragen, die innerhalb eines durch das äußerste, ringförmige Krafteinleitungsele ment umschlossenen Ringhohlraums liegt.This object is achieved in that the deformation rings and the force introduction elements in the essentially concentrically in one plane are arranged, and that the deformation rings each only wear transducer elements on the surface that are inside one through the outermost, ring-shaped force application element ment enclosed ring cavity.
Die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung verbindet die meßtechnischen Vorteile der bekannten Verformungsringe mit den baulichen Vorteilen des bekannten, als Kreis platte ausgebildeten Verformungskörpers. Durch die konzentrische Anordnung von wenigstens zwei Verformungsringen, die zwischen wenigstens drei Krafteinleiltungselementen angeordnet sind, wobei eine über das mittlere Krafteinleitungselement eingeleitete Kraft von den über das innere und das äußere Krafteinleitungselement eingeleiteten Gegenkräften aufgenommen wird, wird eine flache, plattenförmige Kraftmeßvorrichtung geschaffen, die einfach und preisgünstig herstellbar ist und eine geschützte Anordnung der Wandlerelemente innerhalb des Ringhohlraums zwischen dem inneren und dem äußeren Krafteinleitungselement gewährleistet. Da die Verformungsrichtung der beiden, die Wandlerelemente tragenden Flächen bei beiden Verformungsringen entgegengesetzt ist, können die Wandlerelemente wie üblich zu einer Vollbrücke geschaltet und die Vorteile dieser Meßbrückenschaltung genutzt werden. Die Empfindlichkeit der Kraftmeßvorrichtung gegen mechanische Beeinflussungen und Querkräfte ist gering.The force measuring device according to the invention connects the metrological advantages of the known deformation rings with the structural advantages of the known, as a circle plate-shaped deformation body. Through the concentric arrangement of at least two deformation rings between at least three Force application elements are arranged, one over the middle force introduction element initiated force from the over the inner and outer force introduction element introduced Opposing forces are absorbed, becomes a flat, plate-shaped Force measuring device created that is simple and inexpensive is producible and a protected arrangement of the transducer elements within the ring cavity between the inner and outer Force introduction element guaranteed. Because the direction of deformation of the two surfaces supporting the transducer elements in both Deformation rings is opposite, the transducer elements switched to a full bridge as usual and the advantages of this Measuring bridge circuit can be used. The sensitivity of the Force measuring device against mechanical influences and Lateral forces are low.
Von besonderem Vorteil ist es, daß bei der erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung die Verformungsringe und die Krafteinleitungselemente einen einstückigen Meßkörper bilden können. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht und verbilligt und besondere Paßflächen zur gegenseitigen Ausrichtung der Verformungsringe werden entbehrlich. Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß das äußerste Krafteinleitungselement und die inneren, in gleicher Richtung beaufschlagten Krafteinleitungselemente auf einer gemeinsamen Platte aufliegen oder dort beispielsweise durch Verschrauben oder Verschweißen befestigt sind. Vor allem bei einer Befestigung der Krafteinleitungselemente an der Platte können radiale Kräfte und Kippkräfte zusätzlich von der Platte aufgenommen werden, wodurch die Krafteinleitungselemente selbst und damit der Meßkörper insgesamt in ihren Abmessungen kleiner bleiben können.It is particularly advantageous that the inventive Force measuring device the deformation rings and Force introduction elements form a one-piece measuring body can. This simplifies and reduces the cost of manufacture and special mating surfaces for mutual alignment of the Deformation rings become unnecessary. According to the invention continue to be provided that the outermost Force application element and the inner, in the same direction acted upon force introduction elements on a common Plate rest or there for example by screwing or Welding are attached. Especially when attaching the Force introduction elements on the plate can cause radial forces and Tilting forces are also absorbed by the plate, which means the force introduction elements themselves and thus the measuring body overall can remain smaller in size.
Zur Krafteinleitung auf der der Platte entgegengesetzten Seite des Meßkörpers kann erfindungsgemäß ein plattenförmiges Kraftübertragungselement vorgesehen sein. Die an dem Kraftübertragungselement anliegende, ringförmige Kontaktfläche eines oder mehrerer Krafteinleitungselemente kann eben, schneidenförmig oder ballig ausgebildet sein. Um Kippwirkungen und Störungen durch Querkräfte zu vermeiden, ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß die Verformungsringe durch elastische Ringstege an die Krafteinleitungselemente angeschlossen sind, die in einer gemeinsamen radialen Ebene liegen. Weiterhin kann erfindungsgemäß die Dicke der bei Krafteinleitung gleichsinnig gebogenen Ringstege in einem durch die FormelTo apply force on the opposite side of the plate Measuring body can be a plate-shaped according to the invention Power transmission element may be provided. The on that Power transmission element adjacent, annular contact surface one or more force introduction elements can be shaped like a knife or crowned. About tipping effects and Avoiding disturbances caused by lateral forces is another Proposal of the invention provided that the deformation rings through elastic ring bars connected to the force application elements are in a common radial plane. Farther can according to the invention the thickness of the force Ring webs bent in the same direction in one by the formula
bestimmten Verhältnis bemessen sein, wobeicertain ratio, whereby
h₁ die Dicke des radial äußeren Ringstegs,
h₂ die Dicke des radial inneren Ringstegs,
b der Mittenabstand der Ringstege
R das arithmetische Mittel der Mittenradien
beider Ringstege,h₁ the thickness of the radially outer ring web,
h₂ the thickness of the radially inner ring web,
b the center distance of the ring bars
R the arithmetic mean of the center radii of both ring webs,
bezeichnen. Durch eine derartige Bemessung der Dicke der Ringstege werden radiale Bewegungen der Krafteinleitungselemente bei Belastung und damit Fugeneffekte an ihren Kontaktflächen vermieden.describe. By dimensioning the thickness of the ring webs in this way are radial movements of the force introduction elements Stress and thus joint effects on their contact surfaces avoided.
Eine besonders große Unempfindlichkeit gegenüber Querkräften kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Krafteinleitung in ein ringförmiges Krafteinleitungselement auf der der Platte abgekehrten Seite des Meßkörpers in der den Ringstegen gemeinsamen Mittelebene erfolgt. Die Querkräfte werden auf diese Weise von den Ringstegen aufge nommen und weitergeleitet, ohne eine die Kraftmessung verfälschende Verformung an den Verformungsringen hervorzurufen. Die Krafteinleitung in der Mittelebene der Ringstege kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß das ringförmige Krafteinleitungselement auf der der Platte abgekehrten Seite eine Ringnut aufweist, in die ein erhabener Ringbund eines plattenförmigen Kraftübertragungselements eingreift, wobei die Wand- und Bodenflächen der Nut oder des Ringbundes derart konvex gewölbt sind, daß die Krafteinleitung in radialer Richtung in der Mittelebene der Ringstege und in axialer Richtung in der Mitte zwischen den Ringstegen erfolgt. Der Meßkörper kann hierbei weiterhin in eine Bohrung in der Platte eingesetzt sein, sodaß über die Wandflächen der Bohrung Radialkräfte unmittelbar abgeleitet werden können.A particularly great insensitivity to shear forces can achieved by a further proposal of the invention be that the application of force in an annular Force application element on the side facing away from the plate Measuring body in the middle plane common to the ring webs. In this way, the transverse forces are exerted by the ring bars taken and forwarded without a the force measurement cause distorting deformation on the deformation rings. The introduction of force in the central plane of the ring webs can can be achieved according to the invention in that the annular Force application element on the side facing away from the plate Has annular groove, in which a raised ring collar one engages plate-shaped power transmission element, the Wall and bottom surfaces of the groove or the collar in such a convex manner are curved that the introduction of force in the radial direction in the Middle plane of the ring webs and in the axial direction in the middle between the ring bars. The measuring body can continue to be inserted into a hole in the plate, so that Radial forces directly over the wall surfaces of the bore can be derived.
Um eine Überlastung der Kraftmeßvorrichtung zu vermeiden, kann weiterhin vorgesehen sein, daß das zentrale, auf der Platte aufliegende Krafteinleitungselement einen Anschlag für das der Platte entgegengesetzte Kraftübertragungselement bildet.To avoid overloading the force measuring device, continue to be provided that the central, on the plate resting force application element a stop for the Plate forms opposite power transmission element.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigenThe invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail, which are shown in the drawing. Show it
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung mit zwei Verformungs ringen, Fig. 1 wrestle a cross-section through an inventive force measuring device with two deformation,
Fig. 2 einen vergrößerten Halbschnitt des Meßkörpers der Kraftmeßvorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged half section of the measuring element of the force measuring device according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht und Fig. 3 is a side view and
Fig. 4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung für hohe Nennlasten, Fig. 4 shows a cross section of a force measuring device according to the invention for high rated loads,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung für eine Einzellenwaage, Fig. 5 is a force measuring device according to the invention for a Einzellenwaage,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine gegen Horizon talkräfte besonders unempfindliche erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung und Fig. 6 shows a cross section through a talkräfte against Horizon particularly insensitive force measuring device according to the invention and
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt des Kraftein leitungsbereichs der Kraftmeßvorrichtung gemäß Fig. 6. Fig. 7 shows an enlarged detail of the introduction of force line portion of the force measuring device according to Fig. 6.
Die in Fig. 1 gezeigte, beispielsweise als Wägezelle ein zusetzende Kraftmeßvorrichtung besteht aus einem Meßkörper 1, einem Kraftübertragungselement 2 und einer Platte 3, die als Rotationskörper ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind. Der Meßkörper 1 ist aus einem Stück hergestellt und weist zwei durch axiale Einstiche gebildete Verformungsringe 4, 5 auf, die einen etwa trapezförmigen Querschnitt gleicher Größe haben und in der gleichen radialen Ebene angeordnet sind. Die Ver formungsringe 4, 5 befinden sich in einem Abstand von der Platte 3, die an der Unterseite des Meßkörpers 1 einen Ringhohlraum 6 abschließt. An ihren der Platte 3 benachbarten Flächen tragen die Verformungsringe 4, 5 elektromechanische Dehnungsmeßelemente 7, 8. Die Verformungsringe 4, 5 sind an ihren inneren und äußeren Mantellinien über elastisch verformbare Ringstege 9 bis 12 mit Krafteinleitungselementen 13, 14, 15 verbunden. Die Krafteinleitungselemente 13, 15 sind in axialer Richtung dicker als die Verformungsringe 4, 5 und sind mit ihrer Unterseite auf der ebenen Oberfläche 16 der Platte 3 durch Schweißen oder Schrau ben befestigt. Das zwischen den Verformungsringen 4, 5 angeord nete, ringförmige Krafteinleitungselement 14 ragt nach oben über die Oberfläche der Verformungsringe 4, 5 hinaus und weist eine Kontaktfläche 17 auf, auf der das Kraftübertragungselement 2 aufliegt. Ein Bund 18 am Rand des Kraftübertragungselements 2 sichert dieses gegen ein seitliches Herabgleiten von dem Kraftein leitungselement 14. Die Kontaktfläche 17 des Krafteinleitungs elements 14 ist ebenso wie die benachbarte Fläche 19 am Kraftübertragungselement 2 eben ausgebildet. Bei manchen An wendungsfällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Kontaktfläche 17 ballig oder schneidenförmig auszubilden. Das zentrale Krafteinleitungselement 15 bildet mit seinem ebenfalls über die Oberfläche der Verformungsringe 4, 5 hinausragenden Teil einen Anschlag 20, der sich in einem Abstand von der Fläche 19 des Kraftübertragungselements 2 befindet und den Meßkörper 1 vor Überlastung schützt.The force measuring device shown in FIG. 1, for example as a load cell, consists of a measuring body 1 , a force transmission element 2 and a plate 3 , which are designed as rotational bodies and are arranged coaxially to one another. The measuring body 1 is made from one piece and has two deformation rings 4 , 5 formed by axial recesses, which have an approximately trapezoidal cross section of the same size and are arranged in the same radial plane. The Ver deformation rings 4 , 5 are located at a distance from the plate 3 , which closes an annular cavity 6 on the underside of the measuring body 1 . The deformation rings 4 , 5 carry electromechanical strain measuring elements 7 , 8 on their surfaces adjacent to the plate 3 . The deformation rings 4 , 5 are connected at their inner and outer surface lines via elastically deformable ring webs 9 to 12 with force introduction elements 13 , 14 , 15 . The force introduction elements 13 , 15 are thicker in the axial direction than the deformation rings 4 , 5 and are attached with their underside on the flat surface 16 of the plate 3 by welding or screw ben. The between the deformation rings 4 , 5 angeord designated, annular force introduction element 14 protrudes upward over the surface of the deformation rings 4 , 5 and has a contact surface 17 on which the force transmission element 2 rests. A collar 18 on the edge of the power transmission element 2 secures it against a lateral sliding down from the power line element 14 . The contact surface 17 of the force introduction element 14 , like the adjacent surface 19 on the force transmission element 2, is flat. In some applications, however, it may also be expedient to form the contact surface 17 in a spherical or cutting shape. The central force introduction element 15 , with its part also projecting beyond the surface of the deformation rings 4 , 5 , forms a stop 20 , which is located at a distance from the surface 19 of the force transmission element 2 and protects the measuring body 1 against overload.
Bei Einleitung einer Kraft in das Kraftübertragungselement in Richtung des Pfeils 21 und einer entsprechenden Gegenkraft in die Platte 3 in Richtung der Pfeile 22 wird der Meßkörper 1 so verformt, daß die beiden Verformungsringe 4, 5 im entgegengesetzten Sinn verdreht werden. Die am Verformungsring 4 angebrachten Dehnungsmeßelemente 7 werden in tangentialer Richtung gedehnt, während die am Verformungsring 5 angebrachten Dehnungs meßelemente 8 in tangentialer Richtung gestaucht werden. Aufgrund dieser entgegengesetzt gerichteten Verformungen können die Dehnungsmeßelemente 7, 8 in herkömmlicher Weise in einer als Vollbrücke ausgeführten Meßbrückenschaltung geschaltet werden, wobei an der Meßbrücke ein der zu messenden Kraft proportionales Signal abgegriffen und einer Auswerteschaltung zugeführt werden kann.When a force is introduced into the force transmission element in the direction of the arrow 21 and a corresponding counterforce in the plate 3 in the direction of the arrows 22 , the measuring body 1 is deformed such that the two deformation rings 4 , 5 are rotated in the opposite sense. The strain gauges 7 attached to the deformation ring 4 are stretched in the tangential direction, while the strain gauges 8 attached to the deformation ring 5 are compressed in the tangential direction. Because of these oppositely directed deformations, the strain gauges 7 , 8 can be connected in a conventional manner in a measuring bridge circuit designed as a full bridge, wherein a signal proportional to the force to be measured can be tapped at the measuring bridge and fed to an evaluation circuit.
Fig. 2 veranschaulicht die Dickenverhältnisse der Ringstege 9, 12 bzw. 10, 11. Die Dicke des Ringstegs 9 ist mit h₁, die des Ringstegs 12 mit h₂, die des Ringstegs 10 mit h₃ und die des Ringstegs 11 mit h₄ bezeichnet. Der radiale Abstand zwischen den Ringstegen 9 und 12 beträgt b, der zwischen den Ringstegen 10 und 11 beträgt a. R bezeichnet das arithmetische Mittel der Radien, die die Abstände b bzw. a definieren. Ein Kreisbogen im Radius R ist somit von den Ringstegen 9 und 12 bzw. 10 und 11 jeweils gleich weit entfernt. Wird das Verhältnis der Dicken der elastisch verformbaren Ringstege 9 und 12 bzw. 10 und 11 nach den folgenden Formeln Fig. 2 illustrates the thickness ratios of the annular webs 9, 12 and 10, 11. The thickness of the ring web 9 is h₁, that of the ring web 12 with h₂, that of the ring web 10 with h₃ and that of the ring web 11 with h₄. The radial distance between the ring webs 9 and 12 is b, that between the ring webs 10 and 11 is a. R denotes the arithmetic mean of the radii that define the distances b and a. A circular arc in radius R is thus equally far from the ring webs 9 and 12 or 10 and 11 . The ratio of the thicknesses of the elastically deformable ring webs 9 and 12 or 10 and 11 according to the following formulas
bestimmt, tritt an den Kontaktflächen 17, 19 zwischen dem Kraftübertragungselement 2 und dem Krafteinleitungselement 14 keine Relativbewegung auf. determined, no relative movement occurs at the contact surfaces 17 , 19 between the force transmission element 2 and the force introduction element 14 .
Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen werden für einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bisher verwendet.In the exemplary embodiments described below the same reference numerals as for corresponding components previously used.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Kraftmeßvorrichtung entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und in ihrer Wirkungsweise der Kraftmeßvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2. Bei dieser Ausführungsvariante weist jedoch der Meßkörper 1 zusätzlich zu den Verformungsringen 4, 5 zwei weitere Verformungsringe 23, 24 auf, die sich radial nach außen an das Krafteinleitungselement 13 anschließen und sich zusätzlich über ein am Krafteinleitungselement 25 Kraftübertragungselement 2 und über ein Krafteinleitungselement 26 an der Platte 3 abstützen. Das Kraftübertragungselement 2 und die Platte 3 sind entsprechend größer ausgebildet. Zur Vermeidung von Fugeneffekten sind bei dieser Ausführungsform alle Krafteinleitungselemente mit dem Kraftübertragungselement 2 oder der Platte 3 fest verbunden. Diese Kraftmeßvorrichtung eignet sich vor allem für hohe Lasten und zeichnet sich durch eine vergleichsweise niedrige Bauhöhe aus.The force measuring device shown in FIGS . 3 and 4 corresponds in its basic structure and in its mode of operation to the force measuring device according to FIGS . 1 and 2. In this embodiment variant, however, the measuring body 1 has two further deformation rings 23 , 24 in addition to the deformation rings 4 , 5 which connect radially outward to the force introduction element 13 and are additionally supported on the force transmission element 2 on the force introduction element 25 and on the plate 3 via a force introduction element 26 . The power transmission element 2 and the plate 3 are correspondingly larger. To avoid joint effects, in this embodiment, all force introduction elements are firmly connected to the force transmission element 2 or the plate 3 . This force measuring device is particularly suitable for high loads and is characterized by a comparatively low overall height.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Ver formungsringe 4, 5 am äußeren Rand eines Meßkörpers 1 von vergleichsweise großem Durchmesser angeordnet sind. Diese Ausführungen der Kraftmeßvorrichtung kann vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn die Krafteinleitung am Kraftüber tragungselement 2 gleichzeitig Wägebrücke ist. Fig. 5 shows another embodiment in which the Ver deformation rings 4 , 5 are arranged on the outer edge of a measuring body 1 of a comparatively large diameter. These versions of the force measuring device can be used advantageously when the force application to the force transmission element 2 is at the same time a weighing platform.
In den Fig. 6 und 7 ist eine gegenüber Querkräften unempfindliche Kraftmeßvorrichtung gezeigt. Hierbei befindet sich der Meßkörper 1 in einer in der Platte 3 ausgebildeten Stufenbohrung 30, an deren Bohrungswand das Kraft einleitungselement 13 über eine in der Ebene der Ringstege 9 bis 12 liegende Rippe 31 radial abgestützt ist. Die Krafteinleitungselemente 13 und 15 sind durch Schrauben mit der Platte 3 fest verbunden. Das Krafteinleitungselement 14 weist eine nach oben offene Ringnut 32 mit zylindrischen Wandflächen 33 und einer konvex gewölbten Bodenfläche 34 auf. In die Ringnut 32 greift ein an der Unterseite des Kraftübertragungselements 2 vorspringender Ringbund 35 ein, der eine ebene Stirnfläche 36 und konvex gewölbte seitliche Mantelflächen 37 hat. Zwischen den Mantelflächen 37 und den Wandflächen 33 besteht eine Spielpassung. Der Ringbund 35 ist in der Ringnut 32 so positioniert, daß die Be rührungslinien zwischen den Wandflächen 33 und den Mantelflächen 37 sich in der den Ringstegen 9 bis 12 gemeinsamen Mittelebene befinden. Weiterhin liegt die Berührungslinie zwischen der Bodenfläche 34 und der Stirnfläche 36 in der Mitte zwischen den Ringstegen 10, 11, die das Krafteinleitungselement 14 mit den Verformungsringen 4, 5 verbinden.In Figs. 6 and 7 there is shown an opposite transverse forces insensitive force measuring device. The measuring body 1 is located in a stepped bore 30 formed in the plate 3 , on the bore wall of which the force introduction element 13 is supported radially via a rib 31 lying in the plane of the ring webs 9 to 12 . The force introduction elements 13 and 15 are firmly connected to the plate 3 by screws. The force introduction element 14 has an upwardly open annular groove 32 with cylindrical wall surfaces 33 and a convexly curved bottom surface 34 . In the annular groove 32, a protruding at the bottom of the power transmission member 2 ring collar 35 engages which has a flat end face 36 and convex lateral jacket surfaces 37th There is a clearance fit between the lateral surfaces 37 and the wall surfaces 33 . The annular collar 35 is positioned in the annular groove 32 so that the lines of contact between the wall surfaces 33 and the lateral surfaces 37 are in the central plane 9 to 12 common to the ring webs. Furthermore, the line of contact between the bottom surface 34 and the end surface 36 lies in the middle between the ring webs 10 , 11 , which connect the force introduction element 14 to the deformation rings 4 , 5 .
Durch die beschriebene Ausgestaltung der Krafteinleitungsstellen des Meßkörpers 1 werden auftretende Horizontalkräfte in der Mittelebene der elastischen Ringstege in den Meßkörper 1 eingeleitet und in der gleichen Ebene radial auf die Platte 3 übertragen. Die Steifigkeit des Meßkörpers 1 ist in dieser Ebene am größten und die Messung von axial gerichteten Kräften wird durch Übertragung von Horizontalkräften nicht verfälscht.Due to the described configuration of the force introduction points of the measuring body 1 , occurring horizontal forces in the middle plane of the elastic ring webs are introduced into the measuring body 1 and transmitted radially to the plate 3 in the same plane. The rigidity of the measuring body 1 is greatest in this plane and the measurement of axially directed forces is not falsified by the transmission of horizontal forces.
Claims (11)
h₁ die Dicke des radial äußeren Ringstegs (9 bzw. 10),
h₂ die Dicke des radial inneren Ringstegs (12 bzw. 11),
b der Mittenabstand der Ringstege (9, 12 bzw. 10, 11),
R das arithmetische Mittel der Mittenradien beider Ringstege (9, 12 bzw. 10, 11) bezeichnen.7. Force measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the ring webs ( 9-12 ) bent in the same direction when force is applied in one by the formula certain ratio is measured, whereby
h₁ the thickness of the radially outer ring web ( 9 or 10 ),
h₂ the thickness of the radially inner ring web ( 12 or 11 ),
b the center distance of the ring webs ( 9, 12 or 10, 11 ),
R denotes the arithmetic mean of the center radii of both ring webs ( 9, 12 or 10, 11 ).
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