DE4412377A1 - Aufnehmer zum Messen von Belastungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufnehmer zum Messen von Belastun­ gen mit einem Meßfederkörper, der mit auf einem Teilkreis an­ geordneten parallel zur Belastungsrichtung sich erstreckenden Ausnehmungen versehen ist, zwischen denen radial verlaufende Meßstege ausgebildet sind, welche Dehnungsmeßelemente tragen.

Solche Aufnehmer finden in der Kraft- und Gewichtsmessung Ver­ wendung und werden als Serienprodukte hergestellt, so daß neben exzellenten Aufnehmereigenschaften geringe Fertigungskosten von Bedeutung sind. Bei einem aus der DE-OS 21 32 012 bekannten Aufnehmer sind von beiden Plattenflächen des Meßfederkörpers her je eine Gruppe ins Platteninnere führender und auf gleichen Teilkreisen liegender Einsenkungen vorgesehen, wobei diese beiden Gruppen gegeneinander versetzt sind, so daß sich jeweils zwischen zwei benachbarten Einsenkungen jeder Gruppe Meßstege ausbilden. Der dadurch gebildete Meßfederkörper bewies zwar ausgezeichnete Meßeigenschaften, jedoch ist seine Fertigung mit beträchtlichem Aufwand verbunden. Die DE-OS 21 32 012 zeigt neben einer einteiligen Wägezelle mit zentraler Krafteinleitung und einer Kraftausleitung über eine Ringfläche ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer integrierten Kraftrückführung, d. h. mit einer zentralen Krafteinleitung und einer zentralen Kraftausleitung. Letztgenannte Ausführungsform ist jedoch nur über eine Zweiteilung des Aufnehmers möglich. Hierbei können Mikrobewegungen zwischen den beiden Aufnehmerhälften auftreten, was zu Hysterese-Erscheinungen führen kann. Um Langzeitstabili­ tät zu erreichen, ist hoher baulicher Aufwand und regelmäßige Wartung notwendig. Der bauliche Aufwand, der mit einem erfor­ derlichen Adapterstück verbunden ist, welches hohe Vorspann­ kräfte übertragen muß, führt natürlich auch zu zusätzlichem Bauvolumen und Gewicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Aufnehmer zu schaffen, der bei minimalen Herstellungs­ kosten hervorragende Meßeigenschaften aufweist. Insbesondere soll der Meßfederkörper selbst bei integrierter Kraftrückfüh­ rung einteilig ausgebildet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßstege durch quer zur Belastungsrichtung verlaufende, mit den parallel zur Belastungsrichtung sich erstreckenden Ausnehmungen in Verbindung stehende Querausnehmungen gebildet sind.

Die Ausnehmungen und/oder die Querausnehmungen lassen sich vorzugsweise durch Bohren herstellen. Insbesondere die parallel zur Belastungsrichtung verlaufenden Ausnehmungen können als Durchgangslöcher ausgeführt sein. Werden die Querausnehmungen als Durchgangslöcher ausgebildet, so kann in besonders einfa­ cher, fertigungsgünstiger Weise ein einteiliger Meßfederkörper gebildet werden, der eine integrierte Kraftrückführung auf­ weist. Die Beaufschlagung durch die zu messende Kraft erfolgt vorzugsweise über eine zentrale Krafteinleitungsstelle, wobei im Falle der integrierten Kraftrückführung auch die Kraftaus­ leitung zentral erfolgt.

Werden radial verlaufende Querausnehmungen nicht als Durch­ gangs- sondern als Sacklöcher ausgebildet oder werden die Quer­ ausnehmungen versetzt angeordnet, so daß im Bereich der Bela­ stungsachse noch eine Verbindung zwischen der oberen und der unteren Belastungsseite des Aufnehmers besteht, so erfolgt die Kraftausleitung vorzugsweise über einen koaxial zur Belastungs­ achse angeordneten Ringwulst.

Zur Dehnungsmessung lassen sich vorzugsweise Dehnungsmeßstrei­ fen applizieren.

Meßfederkörper mit rotationssymmetrischem oder vieleckigem Querschnitt können fertigungstechnisch besonders günstig z. B. aus gezogenen Metallprofilen hergestellt werden, was insbeson­ dere bei Leichtmetall-Meßfederkörpern äußerst vorteilhaft ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale sowie der Aufbau des erfindungs­ gemäßen Aufnehmers ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei­ bung anhand der Zeichnung. Hierzu zeigen:

Fig. 1 bis 3 Darstellungen eines Aufnehmers mit inte­ grierter Kraftrückführung,

Fig. 4 und 5 Darstellungen eines Aufnehmers, bei wel­ chem die Krafteinleitung zentral und die Kraftausleitung am äußeren Rand erfolgt,

Fig. 6 bis 8 Darstellungen eines Aufnehmers mit in Belastungsrichtung quadratischem Quer­ schnitt und zur Belastungsachse versetz­ ten Querbohrungen,

Fig. 9 bis 11 Darstellungen eines Aufnehmers mit rota­ tionssymmetrischem Querschnitt und zur Belastungsachse versetzten Querbohrungen.

Die Fig. 1 zeigt einen einteiligen Aufnehmer mit integrierter Kraftrückführung in der Seitenansicht, die zugehörige perspek­ tivische Darstellung ist in Fig. 2 dargestellt und Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch diesen Aufnehmer. Der eigentliche Meß­ federkörper 1 ist mit einer zentralen Krafteinleitungsstelle 2 und einer zentralen Kraftausleitungsstelle 3 versehen, die, um Zugkräfte einleiten zu können, mit einem Gewinde versehen sind. Zur Einleitung von Druckkräften kann die Krafteinleitungs- bzw. -ausleitungsstelle auch anders, beispielsweise ballig (um Quer­ krafteinflüsse zu minimieren) ausgebildet sein. Die Belastungs­ richtung bzw. Belastungsachse ist durch die strichpunktierte Linie I angedeutet. Der rotationssymmetrische Meßfederkörper 1 besitzt eine kreisplattenförmige Kontur, wobei von einer Stirn­ seite 4 her parallel zur Belastungsachse verlaufende Durch­ gangsbohrungen 5 vorgesehen sind, die gleichmäßig auf dem Um­ fang eines Teilkreises verteilt sind. Zwischen jeweils zwei der vier Durchgangsbohrungen 5 verlaufen in radialer Richtung Quer­ bohrungen 6, die ebenfalls durchgängig durch den gesamten Meß­ federkörper 1 ausgeführt sind. Wie hier besonders aus Fig. 3 ersichtlich, stehen die längs verlaufenden Durchgangsbohrungen 5 und die Querbohrungen 6 miteinander in Verbindung. Hierdurch bilden sich an jeder der beiden Stirnseiten 4 jeweils zwischen zwei benachbarten Durchgangsbohrungen 5 radial verlaufende Meßstege 7 aus, auf denen dann Dehnungsmeßstreifen 8 appliziert werden können.

Beim in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aufnehmer mit inte­ grierter Kraftrückführung ist aufgrund der durchgängigen Quer­ bohrungen in radialer Richtung dafür gesorgt, daß zwischen der Krafteinleitungsstelle 2 und der Kraftausleitungsstelle 3 keine geradlinige Verbindung besteht. Die Kraft wird somit über die Meßstege 7 der beiden Stirnseiten 4 geleitet, die sich dabei s­ förmig verbiegen. Die dabei auftretenden Dehnungen bzw. Stau­ chungen werden in an sich bekannter Weise mit Dehnungsmeßstrei­ fen in elektrische Signale umgewandelt und ausgewertet.

Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfin­ dung, bei welcher eine zentrale Krafteinleitungsstelle 2 vor­ gesehen ist, jedoch die Kraftausleitung über einen Ringwulst 10, der am äußeren Rand der gegenüberliegenden Stirnseite aus­ gebildet ist, erfolgt. Dieser Aufnehmer weist einen bei Wäge­ zellen üblichen Kraftfluß auf. Auch bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 sind von der Stirnseite aus vier Durchgangs­ bohrungen 5 vorgesehen, welche parallel zur Belastungsrichtung verlaufen. Und wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel sind zwischen jeweils zwei Durchgangsbohrungen 5 radial verlaufende Querbohrungen 6 vorgesehen, die mit den Durchgangsbohrungen 5 in Verbindung stehen.

Im Gegensatz zum vorigen Ausführungsbeispiel sind diese Quer­ bohrungen 6 jedoch nicht durchgängig, sondern als Sackbohrungen ausgeführt. Somit bleibt zwischen der oberen und der unteren Stirnseite ein zentraler Verbindungsabschnitt 11 stehen, wel­ cher die Meßstege 7 der einen Stirnseite mit den Meßstegen 7 der anderen Stirnseite verbindet. Die der zentralen Kraftein­ leitungsstelle 2 gegenüberliegende Stirnfläche 12 des zentralen Verbindungsabschnitts 11 ist gegenüber dem Ringwulst 10 nach innen versetzt, so daß unter Belastung eine gewisse axiale Verschiebung des Verbindungsabschnitts 11 zugelassen wird.

Der Kraftfluß bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also vom zentralen Verbindungsabschnitt 11 über die jeweils vier Meß­ stege der beiden Stirnflächen in den radial außenliegenden Bereich des Meßfederkörpers 1 und von dort in den Ringwulst 10.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel stellt eine besonders stabile Aufnehmerbauform dar, die extrem unempfindlich gegen Querkräfte ist.

Selbstverständlich können statt der erwähnten vier Längs- und Querbohrungen auch abweichend hiervon eine andere Anzahl Boh­ rungen z. B. 3, 5, 6 usw. angebracht sein.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen einen Aufnehmer mit in Belastungs­ richtung (Linie I) quadratischem Querschnitt und zur Bela­ stungsachse versetzten Querbohrungen 6. Die Querbohrungen 6 verlaufen in einer Ebene, die die beiden Achsen zweier benach­ barter, parallel zur Belastungsrichtung sich erstreckender Durchgangsbohrungen 5 aufweist und mittig zwischen den beiden Stirnflächen 12, 12′ des Aufnehmers. Auf der Ober- und Unter­ seite des Aufnehmers sind somit Meßstege 7 gebildet, auf denen dann Dehnungsmeßstreifen 8 appliziert werden. Aufgrund der versetzten Anordnung der Querbohrungen 6 bleibt - auch wenn diese als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind - zwischen der oberen Stirnseite 12′ und der unteren Stirnseite 12 des Auf­ nehmers ein zentraler Verbindungsabschnitt 11 stehen, welcher die Meßstege 7 der einen Stirnseite 12′ mit den Meßstegen 7 der anderen Stirnseite 12 verbindet. Die der zentralen Kraftein­ leitungsstelle 2 gegenüberliegende Stirnfläche 12 des zentralen Verbindungsabschnitts 11 ist gegenüber dem Ringwulst 10 nach innen versetzt, so daß unter Belastung eine gewisse axiale Verschiebung des Verbindungsabschnitts 11 zugelassen wird.

Der Kraftfluß bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also vom zentralen Verbindungsabschnitt 11 über die jeweils vier Meß­ stege der beiden Stirnflächen 12, 12′ in den radial außenlie­ genden Bereich des Meßfederkörpers 1 und von dort in den Ring­ wulst 10.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen einen Aufnehmer mit rotationssym­ metrischem Querschnitt und zur Belastungsachse I versetzten Querbohrungen 6. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach den Fig. 6 bis 8 durch die Querschnittsform und dadurch, daß die Querbohrungen 6 als Durchgangslöcher ausgebil­ det sind. Aufgrund der zur Belastungsachse I versetzten Anord­ nung der Querbohrungen 6 bleibt auch hier zwischen der oberen Stirnseite 12′ und der unteren Stirnseite 12 des Aufnehmers ein zentraler Verbindungsabschnitt 11 stehen, welcher wie im vori­ gen Ausführungsbeispiel die Meßstege 7 der einen Stirnseite 12′ mit den Meßstegen 7 der anderen Stirnseite 12 verbindet.

Auch die beiden letztgenannten Ausführungsformen stellen beson­ ders stabile Aufnehmerbauformen dar, die extrem unempfindlich gegen Querkräfte sind.

Claims (12)

1. Aufnehmer zum Messen von Belastungen mit einem Meßfederkör­ per, der mit auf einem Teilkreis angeordneten parallel zur Belastungsrichtung sich erstreckenden Ausnehmungen versehen ist, zwischen denen radial verlaufende Meßstege ausgebildet sind, welche Dehnungsmeßelemente tragen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßstege (7) durch quer zur Belastungs­ richtung verlaufende, mit den parallel zur Belastungsrich­ tung sich erstreckenden Ausnehmungen in Verbindung stehende Querausnehmungen (6) gebildet sind.

2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel sich erstreckenden Ausnehmungen Durchgangslöcher (5) sind.

3. Aufnehmer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Querausnehmungen (6) Durchgangslöcher sind.

4. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querausnehmungen (6) in radialer Richtung mittig zwischen den parallel sich erstreckenden Ausnehmungen (5) verlaufen.

5. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querausnehmungen (6) versetzt zur Belastungsachse verlaufen.

6. Aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querausnehmungen (6) in der die Achsen zweier benachbarter parallel zur Belastungsrichtung sich erstreckender Ausneh­ mungen (5) aufweisenden Ebene verlaufen.

7. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfederkörper in Belastungsrichtung rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

8. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfeder­ körper in Belastungsrichtung im Querschnitt Vieleckform aufweist.

9. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßelemen­ te (8) Dehnungsmeßstreifen sind.

10. Aufnehmer nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Kraft­ einleitungsstelle (2) vorgesehen ist.

11. Aufnehmer nach Anspruch 3 und Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zentrale Kraftausleitungsstelle (3) vorgesehen ist.

12. Aufnehmer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftausleitung über einen koaxial zur Belastungsrichtung angeordneten Ringwulst (10) erfolgt.