DE4102931A1 - Kraftmessvorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßvorrichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 19.

Bei Kraftmeßvorrichtungen besteht häufig das Problem, daß aufgrund von Toleranzen bzw. einer Wärmeausdehnung der Lasteinleitungselemente oder des Fundaments und aufgrund von Schwankungen in der Belastung oder einer seitlichen Beaufschlagung, etwa durch Windstöße oder dergleichen, die Kraftmeßvorrichtung außerhalb der gewünschten senkrechten Kraftrichtung erheblich beeinträchtigt wird.

Fig. 7 zeigt beispielsweise ein Silo 70, das über Kraftmeßvorrichtungen 110 und entsprechende Abstützungen 74 auf einem Fundament 72 aufgestellt ist. Über seitliche Flansche 78 des Silos 70 werden die Kraftmeßvorrichtungen 110 belastet. Je nach Füllgrad des Silos 70 kann ein Durchbiegen der Flansche 78 auftreten, so daß die Planparallelität in den Kraftmeßvorrichtungen 110 variieren kann. Durch Wärmeausdehnung kann sich der Abstand zwischen den zentralen Achsen der Kraftmeßvorrichtungen 110 auf der Krafteinleitungsseite erheblich gegenüber der Abstützungsseite verschieben. Bei starkem Seitenwind erfolgt ein Verschwenken des Silos 70 um eine horizontale Achse, was wiederum die Planparallelität in den Kraftmeßvorrichtungen 110 beeinflußt, die von vornherein Schwankungen unterworfen ist. Auch ein Verdrehen um eine vertikale Achse ist kaum zu vermeiden. Es müssen deshalb besondere Vorkehrungen getroffen werden, mit denen die notwendigen Freiheitsgrade der Bewegung gewährleistet werden, ohne die Kraftmeßvorrichtung in der Meßgenauigkeit zu beeinflussen oder gar zu zerstören.

Die EP-PS 02 05 509 beschreibt eine Kraftmeßvorrichtung, bei der als Krafteinleitungselement ein Kolben in einer verhältnismäßig hohen zylindrischen Ausnehmung in einem Topfgehäuse unter Bildung eines engen Ringspalts angeordnet ist, der mit elastomerem Material gefüllt ist, das fest an den Kontaktflächen haftet. Der Kolben wirkt über weiteres elastomeres Material auf einen Drucksensor. Das elastomere Material überträgt die senkrechte Kraftkomponente vollständig auf den Drucksensor, während seitliche Kraftkomponenten vom Kolben über das elastomere Material im Ringspalt auf das Topfgehäuse übertragen werden. Die bekannte Kraftmeßvorrichtung besitzt eine verhältnismäßig hohe Meßgenauigkeit, ihre Herstellung ist jedoch noch relativ aufwendig, und die Anbringung ist kompliziert, wenn die vorgenannten Einflüsse ausgeschaltet werden sollen.

Die FR-OS 21 26 695 beschreibt eine Kraftmeßzelle, bei der zwischen zwei Platten ein quaderförmiger Block aus elastomerem Material eingesetzt ist, in den ein Drucksensor eingebettet ist. Eine derartige Kraftmeßvorrichtung ist jedoch relativ ungenau, da sich bei Kraftanwendung der elastomere Block seitlich ausdehnt, was eine erhebliche Hysterese und Nichtlinearität der Meßergebnisse zur Folge hat.

Der Erfindung liegt deshalb die prinzipielle Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßvorrichtung zu schaffen, die gegenüber den eingangs genannten Einflüssen unempfindlich ist. Ferner ist eine Kraftmeßvorrichtung anzugeben, die einfach aufgebaut und einfach herstellbar ist und eine verhältnismäßig hohe Meßgenauigkeit besitzt. Sie soll außerdem von sich aus Rückstellkräfte zur Aufrichtung entwickeln, wobei die notwendigen Freiheitsgrade ohne zusätzliche Bauelemente erzielt werden sollen.

Die erfindungsgemäße Kraftmeßvorrichtung besitzt die Merkmale des Patentanspruchs 1; ein Herstellungsverfahren die Merkmale des Patentanspruchs 19.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung bzw. des Herstellungsverfahrens sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die korsettartige Einschließung des elastomeren Materials verhindert einerseits eine radiale Ausdehnung und damit eine Hysterese und Nichtlinearität im Meßergebnis; zum anderen ergibt sich eine derartige Flexibilität, daß erhebliche Toleranzen bei den verbundenen oder anliegenden Elementen ausgeglichen werden. Es ergibt sich praktisch ein messendes Gummimetallelement, das mit hoher Steifheit in senkrechter Richtung wirkt, während ein Nachgeben winkelmäßig, in horizontaler Richtung als auch bei Schwenken um eine horizontale Achse oder ein Verdrehen um eine vertikale Achse gegeben ist.

Die Verwendung des elastomeren Materials führt zu einer erheblichen Schwingungsdämpfung mit einer von der Steifheit abhängigen, sehr hohen Eigenfrequenz.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung und des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kraftmeßvorrichtung, die ein Kraftübertragungselement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet,;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, jedoch bei belasteter Kraftmeßvorrichtung;

Fig. 3a, b, c und 4 Vertikalschnitte von Ausführungsbeispielen, die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel abgewandelt wurden;

Fig. 5a bis e Vertikalschnitte durch Kraftmeßvorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung mit eingebettetem Drucksensor;

Fig. 6a und b Vertikalschnitte durch Kraftmeßvorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung mit ringförmiger Ausbildung des Kraftübertragungselements; und

Fig. 7 ein Schema eines Systems als Beispiel für die Anwendung erfindungsgemäßer Kraftmeßvorrichtungen.

Fig. 1 zeigt eine Kraftmeßvorrichtung 10 mit einer oberen und einer unteren Platte 12 bzw. 16, zwischen denen ein Kraftübertragungselement aus elastomerem Material in Form eines Blocks 14 angeordnet ist.

Gemäß der Erfindung ist dieser vornehmlich zylindrische Block 14 umfangsmäßig nach Art eines Korsetts eingefaßt, wobei dieses Korsett aus einem sich praktisch in radialer Richtung nicht dehnenden Material besteht.

Beim Ausführungsbeispiel ist dazu ganz oder teilweise eine Schraubenfeder 18 in das elastomere Material derart fest haftend eingebettet, daß sie praktisch das gesamte elastomere Material einschließt.

Während die obere Platte 12, wie mit 20 angedeutet, an einem krafteinleitenden Element, etwa einem Silo oder einer Brückenplattform befestigt werden kann, stützt sich die untere Platte 16 auf einer Basis 24 ab und kann auf dieser, wie bei 22 angedeutet, festgeschraubt werden.

Die untere Platte 16 weist eine zentrale Öffnung 26 auf, in die ein Drucksensor 30 eingesetzt ist, der direkt mit dem elastomeren Material des Blocks 14 in Kontakt ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird, wie in Fig. 1 gezeigt, der Drucksensor 30 durch einen keramischen, topfförmigen Sensorkörper dargestellt, der an seiner Unterseite mit entsprechenden Druckwandlerelementen, wie einer Brückenschaltung aus Dickfilmwiderständen versehen ist (vgl. DE-OS 39 07 202 und Deutsche Patentanmeldung P 40 03 048.2). Das Innere des Sensorkörpers ist ebenfalls mit elastomerem Material gefüllt. Es kann jedoch auch unter Bildung eines Ringspalts und eines Bodenraumes ein Kolben eingesetzt sein, der von elastomerem Material umgeben ist.

Unterhalb des Drucksensors 30 kann etwa auf einer Abdeckplatte 28 eine elektronische Sensorschaltung 34 (Verstärker, Umsetzer) aufgebracht sein, die auch, wie mit 36 angedeutet, an der Seitenwand der Öffnung 26 angebracht werden kann und über ein nicht gezeigtes, durch eine Radialbohrung 32 geführtes Kabel mit einer nicht gezeigten Auswerte- oder Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.

Aus Fig. 2 läßt sich deutlich erkennen, wie die Kraftmeßvorrichtung 10 unter Einwirkung horizontaler Kräfte bzw. von Kräften reagiert, die ein Schwenken um eine horizontale Achse verursachen. Eine ähnliche Wirkung kann durch einen Versatz der zentralen Achse oder durch Toleranzen in dem krafteinleitenden Element oder ein Verdrehen um eine vertikale Achse hervorgerufen werden. Während die axiale Elastizität der Schraubenfeder 18 eine asymmetrische Verformung des Blocks 14 in axialer Richtung zuläßt, verhindert die Feder 18 ein seitliches Auseinanderquellen des Blocks 14. Es wird somit eine erhebliche Steifheit in senkrechter Richtung erzielt, während eine horizontale Flexibilität und eine solche in Schwenk- und Drehrichtung vorhanden ist. Ferner ist zu beachten, daß aufgrund der Elastizität des Blocks 14 und der Schraubenfeder 18 eine Rückstell- oder Gegenkraft ausgeübt wird mit der Tendenz, die Platte 12 in Normallage, also axial ausgerichtet und planparallel zur Platte 16 zu bringen.

In den Fig. 3a, 3b und 3c sind Ausführungsbeispiele von Kraftmeßvorrichtungen 40, 41 und 43 dargestellt, die sich aus Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bzw. 2 ergeben.

Die Abwandlung betrifft insbesondere die Ausbildung des Korsetts. An die Stelle der Schraubenfeder 18 eine größere Anzahl von in geringem Abstand voneinander in Übereinanderanordnung im Block 14 eingebetteten flachen Ringen 46.

An dieser Stelle sei etwas näher auf die spezielle Ausbildung des Korsetts und seine Einbettung in dem Block 14 eingegangen.

Zunächst sei darauf hingewiesen, daß das Korsett fest haftend in dem elastomeren Material zumindest zu einem größeren Teil eingebettet ist, was insbesondere dadurch erreicht werden kann, daß das bevorzugt aus Metall bestehende Korsett in das elastomere Material fest haftend einvulkanisiert ist, wobei das feste Haften dadurch erreicht wird, daß das Metall vor dem Vulkanisieren mit einem entsprechenden Primer oder einem anderen Benetzungsmittel überzogen wird. Dieses feste Haften verhindert, daß das Korsett bei Kraftübertragung aus dem elastomeren Material herausgequetscht wird. Es ergibt sich somit eine Kolben-/Zylinderanordnung mit definiertem gleichbleibendem Querschnitt.

Von weiterer Bedeutung ist ferner die Form und Dimensionierung der zwischen den benachbarten Federwindungen bzw. Ringen vorhandenen Schlitze, die mit elastomerem Material gefüllt sind. Je länger und je enger diese Schlitze sind, um so größer wird die Steifigkeit des Kraftübertragungselements. So kann die Steifigkeit und damit auch die Druckbelastung beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch erhöht werden, daß der Drahtquerschnitt der Schraubenfeder 18 durch einen rechteckigen Querschnitt wie bei dem Korsett des Ausführungsbeispiels der Fig. 3a ersetzt wird. Aus Fertigungsgründen kann es erforderlich bzw. zweckmäßig sein, die Ringe 46 in einer kammartigen Form an ihren Außenenden zu halten, wobei dann die Einbettung der Ringe im elastomeren Block 14 nicht vollständig, jedoch für die Zwecke der Erfindung sehr gut ist.

Wie in Fig. 3a und 3b angedeutet, können bei allen Ausführungsbeispielen Begrenzungsvorrichtungen für die relative Bewegung zwischen dem Krafteinleitungselement 12 und dem Kraftaufnahmeelement 16 vorgesehen sein. Als Beispiel ist in Fig. 3a ein unterer umlaufender Höhen- und Seitenbegrenzungsanschlag 32 mit winkelförmigem Querschnitt auf der Platte 16 aufgesetzt, während an der Unterseite der Platte 12 ein oberer Höhen- und Seitenbewegungsanschlag 34 komplementär dazu in der erlaubten Bewegung entsprechendem Höhen- bzw. Seiten-(umfangs-)Abstand angeordnet ist. Bei 36 ist eine lose eingesetzte Schraubverbindung angedeutet, die eine übermäßige Bewegung nach oben begrenzen soll.

Fig. 3b zeigt eine andere Ausführungsform einer Begrenzungsvorrichtung mit einem unteren umlaufenden Höhen- und Seitenbegrenzungsanschlag 33 in Rohrform mit oberem Innenflansch, wobei die Oberkante gleichzeitig als Anschlag für eine vertikale Überlastung dient. Als Gegenstück ist an der Unterseite der Platte 12 ein oberer Höhen- und Seitenbewegungsanschlag 35 komplementär dazu befestigt, wobei die gegenseitige Anordnung derart getroffen ist, daß ein gewisses seitliches Spiel (und eine Verdrehmöglichkeit) sowie ein gewisses Spiel für die Bewegung der Platte 12 nach oben gegeben ist.

In Fig. 3c ist eine Kraftmeßvorrichtung 43 veranschaulicht, bei der im Vergleich zu den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen die obere Platte 12 weggelassen ist. Dies veranschaulicht die Vielseitigkeit der Anwendung. Auf die Oberseite des Blocks 14 kann eine beliebige Einheit oder Vorrichtung aufgesetzt werden, die die Deckfläche des Blocks 14 abdeckt. Bevorzugt wäre auch hierbei ein Anvulkanisieren der Deckfläche des Blocks 14 an der Unterseite dieser Einheit oder Vorrichtung zweckmäßig.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 treten an die Stelle der Schraubenfeder 18 zwei zueinander konzentrische und versetzte Reihen von Ringen 48, die eine eher rohrförmige Ausbildung haben mit geringem Abstand voneinander, derart, daß wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bzw. 2 die notwendige Flexibilität gegeben ist. Wie in Fig. 4 angedeutet, kann das erfindungsgemäße Korsett an der oberen und/oder unteren Platte 12 bzw. 16 befestigt sein. Alternativ dazu oder zusätzlich haftet der Block 14 fest an den Kontaktflächen der oberen bzw. unteren Platte 12, 16, was durch Vulkanisation nach entsprechender Primervorbehandlung erzielt werden kann.

Durch die überlappende Anordnung der Ringe 48 ergibt sich eine extreme Verlängerung der Schlitzlänge und somit eine besondere Steifigkeit und praktisch vollkommene Einspannung des elastomeren Materials des Blocks 14, was extrem hohe Belastungen gestattet.

Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein keramischer Topfsensor verwendet wird, lassen sich auch beliebige andere Drucksensoren bei entsprechender Gestaltung der Öffnung 26 einsetzen. Auch andere Ausführungsformen des Korsetts sind möglich, etwa ein den Block 14 eng einfassendes, nicht dehnbares Fasergewebe aus Metall, Glas, Kohlenstoff oder Kunststoff oder eine Art Schlauch mit entsprechender Versteifung. Insbesondere für hohe Drücke werden die Platten 12 und 16 aus Metall gefertigt sein, bei niedrigeren Drücken käme auch eine Ausführung in Keramik oder einem anderen formbeständigen Material in Frage. Beispielsweise könnte an der Öffnung 26 auch eine Kraftmeßkerze gemäß der Deutschen Patentanmeldung P 40 03 048.2 angesetzt werden, oder es wird über der Öffnung 26 an der Unterseite ein Drucksensor angeflanscht, dessen Membran bzw. anderes Druckaufnahmeelement die Öffnung 26 überdeckt.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, läßt sich bei entsprechender Dimensionierung und Anordnung des Korsetts eine kontrollierte Weichheit in radialer bzw. winkelmäßiger Auslenkungsrichtung und in horizontaler Verdrehrichtung erzielen, wobei eine derartige Weichheit auch durch Wahl der Shore-Härte beeinflußt wird. Die von der Kraftmeßvorrichtung bei Auslenkungen erzeugte Rückstellkraft läßt sich somit in weiten Grenzen variieren.

Die Fig. 5a bis 5e zeigen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kraftmeßeinrichtungen, bei denen der Drucksensor 30 in den Block 14 eingebettet ist.

Insbesondere zeigt Fig. 5a ein Kraftmeßelement 81, in dem ein formbeständiger Ringkörper 82 mit Abdeckplatte 83 einschließlich des von ihm gestützten Drucksensors 30 einvulkanisiert ist, wobei wiederum die Kontaktflächen zum elastomeren Material fest anhaften. Eine Leitung 82 entsprechend der Leitung 32 der Fig. 1 führt aus dem Block 14, etwa gehalten durch einen einvulkanisierten Ring 85, aus dem Block 14 heraus. Da der Ring 85 zwischen oberen und unteren Ringen 46 angeordnet ist, bleibt die Elastizität des Blocks 14 erhalten.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a ist zu beachten, daß sowohl die obere als auch die untere Platte 12 bzw. 16 fehlen, so daß sich diese Kraftmeßvorrichtung 81 in beliebiger Weise zwischen zwei Elemente einsetzen läßt, wie dies in Fig. 5b veranschaulicht ist. Die beiden einfassenden Elemente sind beispielsweise Platten 87 und 88, die mit dem Querschnitt des Kraftmeßelements 81 entsprechenden Vertiefungen 89 versehen sind, die sich ggf. nach außen erweitern. Ein Anwendungsbeispiel wäre die Abstützung eines Maschinenfußes 90 auf einem Fundament 91.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5c zeigt eine Kraftmeßvorrichtung 92, die gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5a dahingehend abgewandelt ist, daß die obere und/oder untere Deckfläche mit einer dünnen Platte 93 bzw. 94, etwa aus Metall, abgedeckt ist, wobei die Platte(n) am Block 14 anvulkanisiert sind.

Eine Abwandlung dieser Ausführungsform zeigt Fig. 5d, bei der die Platten 93 bzw. 94 im Block 14 einvulkanisiert sind.

Fig. 5e zeigt eine weitere Modifikation der Ausführungsbeispiele der Fig. 5a bis 5d dahingehend, daß anstelle des Ringes 85 eine Platte 95 aus formbeständigem Material, etwa Metall, Keramik oder Kunststoff, einvulkanisiert ist, die umfangsmäßig verteilt mit Öffnungen 96 versehen ist, so daß das elastomere Material des Blocks 14 oberhalb und unterhalb der Platte 95 in direkter Druckübertragung steht, da die Öffnungen mit elastomerem Material gefüllt sind.

Fig. 6a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ringförmig ausgestalteten Kraftmeßvorrichtung 50, die prinzipiell unter Verwendung der Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele aufgebaut ist.

Bei dieser Kraftmeßvorrichtung 50 besitzen die obere und untere Platte 52 bzw. 56 zentrale Öffnungen 66 bzw. 68, durch die eine mit einem Kopf 64 versehene Kolbenstange 62 geführt ist.

Ein Block 54 aus elastomerem Material ist in diesem Falle ringförmig ausgebildet, wobei die äußere und innere Umfangsfläche begrenzt wird durch eine äußere bzw. eine innere Spiralfeder 58 bzw. 60.

Die untere Platte 56 kann dabei mit mehreren gleich beabstandeten Öffnungen 26 versehen sein, in die wiederum Drucksensoren 30 eingesetzt sind. Bei ungleichförmiger Kraftanwendung können an den Drucksensoren 30 unterschiedliche Drücke auftreten, aus denen sich dann durch Kombination der Meßwerte die tatsächliche Kraft feststellen läßt (vgl. Deutsche Patentanmeldung P 40 23 747.8).

Soll nur ein einziger Drucksensor 30 verwendet werden, dann läßt sich eine gleichförmige Druckverteilung und vollständige Druckübertragung dadurch erzielen, daß vorzugsweise in der Nähe des Drucksensors 30 in einem ringförmig verlaufenden Kanal ein niedrigviskoses bis flüssiges Übertragungsmedium eingebracht wird (vgl. Deutsche Patentanmeldung P 40 02 910.7). Auch diese Maßnahme beeinflußt die Steifigkeit bzw. Elastizität des Kraftübertragungselements.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6b ist die Anordnung nach Fig. 6a im Sinne der Ausführungsform nach Fig. 5e abgewandelt mit einer Platte 97, die der Platte 95 entspricht, wobei umfangsmäßig verteilt ein oder mehrere Drucksensoren 30 in entsprechenden Öffnungen angeordnet sind, während andere Öffnungen 96 mit elastomerem Material gefüllt sind.

Obwohl vorstehend verschiedene Variationen und Modifikationen von Kraftmeßvorrichtungen erläutert wurden, lassen sich die aufgezeigten Merkmale auch in beliebigen anderen Kombinationen für Kraftmeßvorrichtungen verwenden, die an die verschiedensten Anwendungen angepaßt werden können.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtungen werden beispielsweise zunächst die Platten 12, 16 bzw. 52, 56 vorgefertigt, dann die Drucksensoren 30 in die Öffnungen 26 eingesetzt. Nun wird in einer für den Block 14 bzw. 54 passenden Gießform das mit einem Benetzungsmittel vorbehandelte Korsett, z. B. die Schraubenfeder 18, angeordnet und die Form mit der vorbereiteten, vorzugsweise flüssigen Materialmischung für das elastomere Material gefüllt, etwa eingegossen, eingespritzt, eingepreßt oder dgl. und das Material verfestigt, etwa ausgehärtet, abgebunden, vulkanisiert, etc., was vom verwendeten Ausgangsmaterial abhängt. Gegebenenfalls kann das Vulkanisieren des elastomeren Materials an der Platte 16 bzw. 56 durch Temperaturanwendung auf die Platte 16 bzw. 56 während oder nach der Aushärtung erreicht bzw. beschleunigt werden. Alternativ zu dem Gießen des Blocks 14 kann dieser auch von einer vorgefertigten Stange abgelängt werden. Bei dem Gießen bzw. Vorfertigen ist darauf zu achten, daß jede Blasenbildung vermieden wird (vgl. z. B. EP-PS 2 05 509).

Die obere Platte 12 bzw. 52 wird entweder nach dem Aushärten, vorzugsweise aber bereits nach dem Einfüllen des Materials aufgesetzt. Alternativ dazu kann die obere Platte 12 bzw. 52 auch bereits vor dem Einfüllen des Materials aufgesetzt sein, wobei dann in der Platte Öffnungen zum Austreten der vom einfließenden Material verdrängten Luft vorgesehen sind.

Wird als elastomeres Material ein Kunststoff verwendet, so läßt sich dessen Weichheit je nach Zusammensetzung in weiten Grenzen variieren, so daß auch Shore-Härten bis zu 200 erzielbar sind.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Block 14 bzw. das erfindungsgemäße Kraftübertragungselement auch als solches in beliebigem Zusammenhang einsetzbar ist, und zwar überall dort, wo bei der Kraftübertragung zu einem Meßelement die eingangs erwähnten Einflüsse ausgeschaltet werden sollen.

Andererseits kann eine fest haftende Verbindung des Blocks 14 mit der oberen und/oder unteren Platte von Bedeutung sein, was wie angegeben durch Vulkanisation nach Vorbehandlung erzielt wird.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind prinzipieller Art. Die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich einen in ein Korsett eingefaßten elastomeren Block zur Kraftübertragung zu verwenden, läßt sich bei den verschiedensten Kraftmeßvorrichtungen anwenden, wie sie beispielsweise in folgenden Druckschriften im einzelnen erläutert sind: EP 01 45 001, EP 02 05 509, DE-OS 37 25 917, DE-OS 38 18 126 und DE-OS 40 23 948.

Ein mit Vorzug verwendbarer keramischer Sensor ist näher beschrieben in den Druckschriften EP 03 33 091, DE-OS 39 07 202 und P 40 02 910.7.

Eine besondere Ausführungsform ergibt sich bei flächigen Kraftmeßvorrichtungen, etwa Plattformwaagen (vgl. DE-PS 33 44 901.5). Hier wird zwischen zwei verhältnismäßig großen planparallelen Platten in eine Elastomerschicht eine größere Anzahl von Drucksensoren eingebettet, wobei die Elastomerschicht wiederum umfangsmäßig mit einem Korsett gefaßt wird, das ein Herausquellen des Elastomers verhindert.

Abschließend sei nochmals auf Fig. 7 verwiesen, aus der aufgrund der vorstehenden Erläuterungen und Ausführungsbeispiele deutlich wird, mit welchem erheblichen Vorteil Kraftmeßvorrichtungen gemäß der Erfindung einsetzbar sind.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kraftmeßvorrichtung können Einflüsse aufgrund von Wärmedehnungen, Belastungsdurchbiegungen und Seitenkräften, etwa durch Wind und/oder Drehbewegungen um eine vertikale Achse, ausgeglichen werden.

Ähnliche Abstützungen können bei beliebigen anderen Einrichtungen erfolgen, bei denen eine Kraftmessung mit hoher Genauigkeit gewünscht ist, beispielsweise bei Brücken, Maschinen und dergleichen. Die Platten 12 und 16 können dabei auch eine beliebige andere Form besitzen, soweit die Stirnflächen des Blocks 14 vollständig abgedeckt sind.

Claims (23)

1. Kraftmeßvorrichtung mit einem Kraftübertragungselement aus einem Block aus im wesentlichen inkompressiblem elastomerem Material, zur Übertragung von Kräften auf mindestens einen Kraft- oder Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (14; 54) umfangsmäßig von einem in radialer Richtung annähernd unelastischen, in axialer (Kraft-) Richtung verformbaren Korsett (18; 46; 48; 58, 60) eingefaßt ist.

2. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korsett aus mindestens einer Schraubenfeder (18), voneinander beabstandeten, axial nebeneinander angeordneten Ringen (46), aus Reihen von teilweise konzentrisch zueinander in Abstand angeordneten flachen Ringen (48) oder aus einem unelastischen Gewebe oder Schlauch besteht.

3. Kraftmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (54) aus elastomerem Material ringförmig ist und sowohl außen als auch innen umfangsmäßig in ein Korsett (58, 60) gefaßt ist.

4. Kraftmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Korsett (18; 46; 48; 58, 60) in dem elastomeren Material zumindest zu einem großen Teil eingebettet, insbesondere eingegossen ist.

5. Kraftmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material fest an dem Korsett (18; 46; 48; 58, 60) haftet.

6. Kraftmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Drucksensor(en) in dem elastomeren Material des Blocks (14; 54) eingebettet ist (sind).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (10; 40; 42; 50) mit einem Krafteinleitungselement (12; 52) in Kontakt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (30) in das Krafteinleitungselement (12; 52) oder bevorzugt in ein Kraftaufnahmeelement (16; 56) eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material an dem Krafteinleitungselement (12; 52) und/oder dem Kraftaufnahmeelement (16; 56) fest haftend befestigt, bevorzugt anvulkanisiert ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (30) ein Topfgehäuse mit Boden als Meßmembran aufweist und im Innern mit elastomerem Material gefüllt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (30) in einer Ausnehmung bevorzugt des Kraftaufnahmeelements (16) austauschbar eingesetzt ist, in der auch eine Sensorschaltung (34, 36) untergebracht sein kann.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement (50) ringförmig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafteinleitungselement (52) und/oder das Kraftaufnahmeelement (56) mit einer zentralen Öffnung (66, 68) versehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ringförmigen elastomeren Block (54) vorzugsweise in der Nähe des bzw. der Drucksensor(en) (30) ein ringförmiger Kanal ausgebildet ist, der mit einem niedrigviskosen bis flüssigen Druckübertragungsmedium gefüllt ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (14; 54) an seiner Ober- und/oder Unterseite mit einer dünnen Metallplatte abgedeckt ist, die auch in dem elastomeren Material des Blocks (14; 54) eingebettet sein kann.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Drucksensor(en) (30) in einem formbeständigen Abstützkörper gehalten ist (sind), der in den Block (14; 54) integriert ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper eine Lochplatte (95) ist, deren Löcher (96) mit elastomerem Material durchgehend gefüllt sind.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bewegungsbegrenzungsvorrichtungen (32, 34, 36), die zwischen dem Krafteinleitungselement (12) und dem Kraftaufnahmeelement (16) angeordnet sind.

19. Verfahren zum Herstellen einer Kraftmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das elastomere Material bei der Blockformung mindestens ein Korsett eingebettet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Korsett fest haftend eingebettet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Korsett, das vorzugsweise aus Metall ist, mit einem Benetzungsmittel behandelt und dann das elastomere Material verfestigt, insbesondere vulkanisiert wird.

22. Verwendung von Kraftmeßvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Abstützung für zu wiegende oder überwachende Einrichtungen, wie Silos, Bunker, Brücken, Maschinen oder dgl.

23. Verwendung von Kraftübertragungselementen oder Kraftmeßvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 für eine großflächige Plattformwaage aus zwei planparallelen Platten, bei der die eine größere Anzahl von Drucksensoren verteilt enthaltende Zwischenschicht von dem Korsett umgeben ist.