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Die
Erfindung betrifft eine Lastmesszelle zum Messen mechanischer Lasten
oder Kräfte,
umfassend einen elastischen Körper,
der mit Sensoren zum Messen der Dehnung des elastischen Körpers oder
der Verformung des elastischen Körpers
als Reaktion auf die zu messende Last oder Kraft ausgestattet ist.
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Es
gibt eine große
Gruppe preiswerter Last- oder Kraftsensoren mit geringer Genauigkeit,
wobei elastische Körper
unterschiedlicher Form, wie Scheiben oder Räder mit Speichen, mit verschiedenen Dehnungsmess-,
induktiven, kapazitiven oder optischen Sensoren ausgestattet sind.
Diese Last- oder Kraftsensoren sind von dem Punkt abhängig, an
dem die Last oder Kraft angelegt wird, und werden hauptsächlich für OEM-Anwendungen,
wie einfache Lastmessaufnehmer, Beschleunigungsmesser und Joysticks,
verwendet.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung eine Präzisionslastmesszelle mit einem
elastischen Körper,
der ein Basisende, einen Last- oder Kraftaufnahmeteil, zwei oder
mehr Balken, die das Basisende und den Last- oder Kraftaufnahmeteil
verbinden, und Sensoreinrichtungen, die zum Erfassen der Dehnung des
elastischen Körpers
oder der Verformung des elastischen Körpers infolge der zu messenden
Last oder Kraft beschaffen sind, umfasst.
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Der
Standardtyp einer Lastmesszelle, der von den meisten Herstellern
von Präzisionslastmesszellen
mit Balken und Dehnungsmessstreifen verwendet wird, ist als der
bekannte und klassische Roberval-Mechanismus mit einem hochfesten
elastischen Körper
aus Aluminium ausgebildet, der ein Basisende zum Befestigen der
Lastmesszelle auf einer Tragekonstruktion, einen Last- oder Kraftaufnahmeteil,
an dem eine Last oder Kraft angelegt werden kann, und zwei Balken,
die das Basisende und den Lastaufnahmeteil verbinden, enthält. Häufig ist
zwischen den beiden vorstehend genannten Balken ein dritter Balken
eingesetzt. Dehnungsmessstreifen werden an Positionen an dem Balken
aufgebracht, an denen die Dehnungen, die durch die zu messende Last
oder Kraft hervorgebracht werden, ihre Höchst- und Mindestwerte annehmen.
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Im
Laufe der Jahre wurde dieses Konzept weiterentwickelt und ermöglicht relativ
hohe Genauigkeiten, das übliche
Verfahren mit Vergießen
der Dehnungsmessstreifen in Silikongummi in dem Versuch, Probleme
aufgrund einer versagenden Haftung und eines abnehmenden Isolationswiderstands
aufgrund von Feuchtigkeit in der Umgebung zu vermeiden, sowie die
inhärente
Empfindlichkeit der Dehnungsmesstechnik gegenüber Überlasten bedeuten jedoch,
dass diese Art von Lastmesszelle nicht für aggressive industrielle Umgebungen
geeignet ist. Außerdem
sind die zusätzlichen
Verfahrensschritte, die zum Verbinden der Dehnungsmessstreifen,
die entlang eines oder mehrerer Balken verteilt sind, miteinander
sowie deren Anschließen
an das Signalkabel und dem anschließenden Vergussverfahren erforderlich
sind, relativ Zeit raubend und teuer.
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US-Patent
Nr. 4,367,801 offenbart eine Lastmesszelle mit einem Biegerahmen
von dem Parallelogramm-Typ. Dehnungsmessstreifen sind paarweise
an Biegebereichen der beiden Biegeglieder des Rahmens, die das Parallelogramm
definieren, befestigt. Die Dehnungsmessstreifen sind jedoch nicht
vor Feuchtigkeit geschützt,
und ein derartiger Schutz kann nur durch Aufbringen einer Schicht
einer gummiartigen Verbindung auf die Dehnungsmessstreifen erhalten
werden.
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US-Patent
Nr. 4,546,838 offenbart eine Lastmesszelle mit Dehnungsmessstreifen,
die auf einem vertikalen Scherkraftaufnehmer befestigt sind, welcher
durch Bereitstellung einer Aussparung in dem Körper der Lastmesszelle ausgebildet
ist. Die Dehnungsmessstreifen sind nicht vor Feuchtigkeit geschützt und
ein derartiger Schutz kann nur durch Aufbringen einer Schicht einer
gummiartigen Verbindung auf die Dehnungsmessstreifen oder durch
Schließen der
Aussparung durch Aufkleben oder Aufschweißen einer Abdeckung auf die
Ränder
der Aussparung bereitgestellt werden. Ein Nachteil in beiden Fällen ist, dass
die Federkonstante der Lastmesszelle in einem Maße beeinflusst wird, das in
Verbindung mit hoch präzisen
Messungen inakzeptabel ist.
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US-Patent
Nr. 4,196,784 offenbart eine Lastmesszelle mit Doppel-Balken, wobei
der Doppel-Balken in eine Parallelogrammkonstruktion integriert
ist. Dehnungsmessstreifen sind auf dem Doppel-Balken aufgebracht.
Die Dehnungsmessstreifen sind durch einen Faltenbalg, der an der
Lastmesszelle mit Doppel-Balken befestigt ist, geschützt. Selbst
wenn dieser Faltenbalg einen guten Schutz vor Feuchtigkeit bereitstellt,
stellt er eine zusätzliche
teure und zerbrechliche Komponente dar, die die Federkonstante der
Lastmesszelle beeinflussen kann.
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Die
Europäische
Patentanmeldung Nr. 0200324 offenbart eine Anzahl an Dehnungsmessstreifen,
die um eine kreisförmige Öffnung des
Körpers
einer Lastmesszelle befestigt sind. Die Dehnungsmessstreifen sind
durch ein Dichtungsglied in Form eines hohlen Rings aus einem feuchtigkeitsundurchlässigen federnden
Material vor Feuchtigkeit geschützt.
Selbst wenn dieser Ring einen guten Schutz vor Feuchtigkeit bereitstellt,
stellt er eine zusätzliche
teure und zerbrechliche Komponente dar, die auch die Federkonstante
der Lastmesszelle in einem gewissen Maß beeinflusst.
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Das
Hauptproblem in Verbindung mit den bekannten Lastmesszellen ist,
dass sie alle in dem Bereich, in dem die Lastmesszellen während der
Messung eine elastische Verformung erfahren, abgedichtet werden
müssen,
falls ein Schutz vor Feuchtigkeit erreicht werden soll. Die Abdichtung
kann auf mehreren Wegen bereitgestellt werden, beispielsweise durch
Vergießen
mit einer gummiähnlichen
Verbindung, durch Aufschweißen
von Abdeckungen, durch Befestigen von Faltenbalgen oder mittels
ringförmiger
Dichtungsringe. Alle weisen jedoch das Problem zusätzlicher
Kosten und Beeinflussung der Messgenauigkeit durch Beeinflussung
der elastischen Verformung auf.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lastmesszelle der vorstehend
genannten Art mit Sensoreinrichtungen, die in abgedichteten Hohlräumen befestigt
und im Stande sind, die an der Lastmesszelle angelegte Last oder
Kraft mit hoher Genauigkeit in industriellen Umgebungen zu messen.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen 2–15 beschrieben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Lastmesszelle der anfangs genannten Präzisionsart gelöst, wobei
wenigstens einer der Balken einen Hebel darstellt, der den Last-
oder Kraftaufnahmeteil und eine flexible Wand eines Sensorhohlraums,
der in dem Basisende angebracht ist, verbindet, wobei der Sensorhohlraum
Sensoreinrichtungen enthält,
wobei die flexible Wand so beschaffen ist, dass sie infolge einer
Auslenkung des Last- oder Kraftaufnahmeteils aufgrund einer Einwirkung
des Hebels eine Verformung erfährt
und wobei die Sensoreinrichtungen so beschaffen sind, dass sie die Verformung
der flexiblen Wand oder die Dehnung der flexiblen Wand messen.
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Auf
diese Weise kann die zu messende Last oder Kraft durch eine Anzahl
an Sensorarten gemessen werden, die alle von der unmittelbaren Umgebung
durch Wände
der Sensorhohlräume
getrennt sind, wodurch die Funktion der Lastmesszelle in aggressiven
Umgebungen ermöglicht
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
enthält
der Sensorhohlraum eine Mehrzahl an Sensoren zum Messen der Verformung
der flexiblen Wand oder der Dehnung der flexiblen Wand. Ein wichtiger
Vorteil dieser Ausführungsform
ist die Möglichkeit,
Temperatureinwirkungen auszugleichen sowie die Bereitstellung einer
Einrichtung zum Ausgleich der Einwirkungen von Biegekräften durch
Einstellen der relativen Empfindlichkeit der Sensoren.
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In
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
sind Sensoreinrichtungen auf einer Oberfläche eines Sensorträgers zum
Messen der Verformung der flexiblen Wand befestigt, wobei die Oberfläche gegenüber der
flexiblen Wand angeordnet ist. Diese Ausführungsform stellt ein Sensorsystem
bereit, das aufgrund eines genau definierten Abstands zwischen jedem
der verschiedenen Sensorteile einfach in der Lastmesszelle zu installieren
ist, insbesondere wenn die Oberfläche eben ist. Außerdem kann
ein elektronisches Messmodul in die Rückseite des Sensorträgers integriert
sein.
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In
noch einer weiteren erfindungsgemäßen Lastmesszelle sind Sensoreinrichtungen
auf einem Sensorträger
befestigt, der wiederum auf einem Zapfen befestigt ist, welcher
im Wesentlichen orthogonal zu der flexiblen Wand angeordnet ist.
Diese Lastmesszelle lässt
sich einfach einstellen, da die Spalte zwischen den Sensoren und
den entsprechenden Wänden
des Sensorhohlraums leicht zugänglich sind.
Außerdem
kann in dieser Ausführungsform
ein elektronisches Messmodul in die Rückseite des Sensorträgers integriert
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
enthält
die Sensoreinrichtung ein Sensorsystem, das eine Anzahl an Rippen
umfasst, die an der flexiblen Wand befestigt und im Wesentlichen
orthogonal dazu angeordnet sind, wobei die Sensoren an einer oder
mehreren der Rippen angebracht und zum Messen der Verformung der
flexiblen Wand beschaffen sind. Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber den
gemessenen Lasten und Kräften
und ein hohes Ausmaß an
Unempfindlichkeit gegenüber
den Spannungen, die sich aus dem Befestigen der Lastmesszelle auf
deren Auflage ergeben.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
enthält
die Sensoreinrichtung ein Sensorsystem, das eine Anzahl an Rippen
umfasst, die an der flexiblen Wand befestigt und im Wesentlichen
orthogonal dazu angeordnet sind, wobei die Sensoren zwischen einer oder
mehreren der Rippen angebracht und zum Messen der Verformung der
flexiblen Wand beschaffen sind. Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist auch eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber den
gemessenen Lasten und Kräften
und eine einfache Einstellung der Sensoren, da die Spalte zwischen
den Sensoren und den entsprechenden Rippen leicht zugänglich sind.
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In
den Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Lastmesszellen,
in denen eine Anzahl an Rippen zur Anwendung kommen, ist die Breite
der Balken und der Rippen kleiner als die Breite des Sensorhohlraums,
wodurch sich die flexible Wand in dem Bereich zwischen der Innenwand
des Sensorhohlraums und den Rändern
der Hebel und Rippen verformen lässt.
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In
den Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Lastmesszellen,
in denen eine Anzahl an Rippen zur Anwendung kommen, können die
Rippen vorteilhaft getrennte Einheiten sein, die an der flexiblen
Wand befestigt sind. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass die
spanende Bearbeitung der recht empfindlichen Rippen vermieden wird
und durch ein Zusammenbauverfahren der getrennten Rippeneinheiten
entweder an kurze Zapfen, die spanend in die flexible Wand eingearbeitet
wurden, oder, um die Kosten so gering wie möglich zu halten, direkt an
die flexible Wand ersetzt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
von erfindungsgemäßen Lastmesszellen
umfasst die Sensoreinrichtung einen oder mehrere Dehnungssensoren,
die an den flexiblen Wänden
befestigt sind, zum Messen der Dehnung der flexiblen Wände. Der
mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ergibt sich aus dem geschlossenen Sensorhohlraum,
der vor aggressiven Umgebungen schützt.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Lastmesszellen umfasst
die Dehnungssensoreinrichtung einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen,
die an den flexiblen Wänden
befestigt sind, zum Messen der Dehnung der flexiblen Wände. Der
mit dieser Ausführungsform erzielte
Vorteil ergibt sich aus dem geschlossenen Sensorhohlraum, der vor
aggressiven Umgebungen schützt,
und der Möglichkeit
einer einfachen und kompakten Verdrahtung der Dehnungsmessstreifen.
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In
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle,
in der nur zwei Balken das Basisende und den Lastaufnahmeteil der
Lastmesszelle verbinden, können
einer oder mehrere dieser Balken vorteilhaft den Balken darstellen,
der auf die flexible Wand einwirkt. Die erzielten Vorteile sind
eine einfache Konstruktion und keine Störung durch Federkonstanten
zusätzlicher
Balken.
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In
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle,
in der die Sensoreinrichtungen auf einem Sensorträger befestigt
sind, der wiederum auf einem kurzen Zapfen befestigt ist, welcher
im Wesentlichen orthogonal zu der flexiblen Wand angeordnet ist,
sind gegenüber
der flexiblen Wand Elektroden an dem Sensorträger angebracht. Der mit dieser
Ausführungsform
erzielte Vorteil ist eine relativ große Änderung des Abstands zwischen den
Elektroden und der flexiblen Wand, wenn die Elektroden auf dem Sensorträger in einem
Abstand zu dem kurzen Zapfen angebracht sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle,
besteht die Sensoreinrichtung aus zwei getrennten Sensorträgern, einer über dem
anderen, die jeweils auf einem kurzen Zapfen befestigt sind, welcher
im Wesentlichen orthogonal zu der flexiblen Wand angeordnet ist,
wobei gegenüber
der flexiblen Wand Elektroden an jedem der Sensorträger angebracht
sind. In dieser Ausführungsform
wird die Änderung
der Form der flexiblen Wand bei der Verformung der flexiblen Wand
zur Bereitstellung eines zunehmenden Abstands an den Elektroden
des einen Sensorträgers
und eines abnehmenden Abstands an den Elektroden des anderen Sensorträgers verwendet.
Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil liegt in der Tatsache begründet, dass ein Neigen des Elektrodenträgers auf dem
kurzen Zapfen nur zu geringen Messfehlern führt, da beispielsweise ein
zunehmender Abstand an einem Ende des Elektrodenträgers im
Großen
und Ganzen durch einen entsprechend abnehmenden Abstand an dem anderen
Ende des Elektrodenträgers
ausgeglichen wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorstehend genannten Erfindung mit zwei getrennten Sensorträgern sind
zwei getrennte Balken mit der flexiblen Wand vorzugsweise an den
Positionen der zwei kurzen Zapfen, die die zwei Sensorträger tragen,
gekuppelt. Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist eine hohe Verformung der flexiblen Wand direkt
an der Position der Sensoreinrichtung.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden die dehnungsmessenden Sensoren, die an die flexible Wand
aufgebracht sind, durch zwei Balken aktiviert, die mit der flexiblen
Wand vorzugsweise in Positionen, an denen die Einwirkung der Balken
zu einer maximalen Verformung der Dehnungssensoren führt, gekuppelt
sind. Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist eine hohe Verformung der flexiblen Wand direkt
an der Position der Sensoreinrichtung.
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In
einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
mit Rippen, die an der flexiblen Wand befestigt sind, sind zwei
Balken vorzugsweise in Positionen, an denen die Einwirkung der Balken
zu maximalen Durchbiegungen der Rippen führt, mit der flexiblen Wand
gekuppelt. Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist eine hohe Durchbiegung der Rippen aufgrund
einer großen Verformung
der flexiblen Wand.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
sind das Basisende und der Lastaufnahmeteil verlängert, um eine Lastmesszelle
vom S-Typ bereitzustellen. Der mit dieser Ausführungsform erzielte Vorteil
ist die Möglichkeit,
Zugkräfte
und hängende
Lasten zu messen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
ist das Basisende verlängert,
um eine Lastmesszelle mit nicht kritischer Befestigungseinrichtungen
bereitzustellen. Der mit dieser Ausführungsform erzielte Vorteil
ist die Möglichkeit,
Lastmesszellen mit einer sehr hohen Genauigkeit herzustellen, die
gleichzeitig an rauen Oberflächen
befestigt werden können,
wobei das Drehmoment der Befestigungsschrauben nicht berücksichtigt
zu werden braucht.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle ist
das Basisende mit Einrichtungen zum Befestigen der Lastmesszelle
an einer vertikalen Oberfläche versehen.
Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil liegt in der Tatsache begründet, dass zahlreiche Anwendungen
nur vertikale Oberflächen
bereitstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
ist ein flexibler Teil des Balkens, der auf die flexible Wand einwirkt,
in einem Abstand zu dem Lastaufnahmeteil in Richtung zu der flexiblen
Wand angebracht. Der mit dieser Ausführungsform erzielte Vorteil
ist die Möglichkeit, die
aktive Länge
des Balkens bei verschiedenen Kapazitäten der Lastmesszelle entsprechend
der Dicke der flexiblen Wand zu optimieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
sind das Basisende und der Lastaufnahmeteil mit schweren Verlängerungen
verlängert.
Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist die Möglichkeit,
eine Lastmesszelle mit widerstandsfähigen Befestigungsteilen bereitzustellen,
die von den empfindlichen Teilen des Sensorsystems getrennt sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
sind das Basisende und der Lastaufnahmeteil nach oben und unten
verlängert.
Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist der große
Abstand zwischen den Balken, wodurch eine Lastmesszelle bereitgestellt
wird, die im Stande ist, hohen exzentrisch angelegten Lasten standzuhalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lastmesszelle
ist die flexible Wand dünner
hergestellt in dem Bereich neben der festen Wand des Sensorhohlraums.
Der mit dieser Ausführungsform
erzielte Vorteil ist, dass die Verformungen der flexiblen Wand im
Wesentlichen durch die Abmessungen der flexiblen Wand bestimmt sind.
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In
noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform setzt sich die flexible
Wand in dem Balken, der auf die flexible Wand einwirkt, fort und stellt
einen Teil davon dar. Die Sensoreinrichtungen dieser Ausführungsform
sind vorzugsweise dehnungsmessende Sensoren, und diese Ausführungsform
stellt die Möglichkeit
der Messung eines fast reinen Zuges und Drucks der flexiblen Wand
bereit.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Lastmesszellen
sind die vorstehend genannten Sensoreinrichtungen kapazitiv. Die Vorteile,
die mit kapazitiven Sensorsystemen erzielt werden, sind die sehr
hohe Empfindlichkeit gegenüber
den Kräften
und Lasten, die an den Lastmesszellen angelegt werden, und das berührungslose
Messprinzip, das eine hohe Toleranz gegenüber Stößen und Überlasten aufweist, da nur
der elastische Körper
und nicht das Sensorsystem überlastet
wird.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Lastmesszellen
sind die vorstehend genannten Sensoreinrichtungen induktiv.
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Der
Vorteil, der mit induktiven Sensorsystemen erzielt wird, ist die
Möglichkeit,
in extremen Umgebungen zu funktionieren, und das berührungslose Messprinzip,
das eine hohe Toleranz gegenüber
Stößen und Überlasten
aufweist, da nur der elastische Körper und nicht das Sensorsystem überlastet
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand von Beispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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1 als
Stand der Technik eine weit verbreitet verwendete Version einer
Lastmesszelle mit Dehnungsmessstreifen zeigt,
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2 eine
grundlegende erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die mit einem Hebel dargestellt ist, der zwischen dem Lastaufnahmeteil
und einer flexiblen Wand verbunden ist,
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3 die
Verformung der verschiedenen Teile der grundlegenden Ausführungsform
aus 2 zeigt, wobei dies zur Verdeutlichung übertrieben
dargestellt ist,
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4 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die eine kapazitive oder induktive Sensoreinrichtung zum Messen
der Verformungen der flexiblen Wand zeigt,
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5 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die eine zweite Art einer kapazitiven oder induktiven Sensoreinrichtung
zum Messen von Auslenkungen, die von den Verformungen der flexiblen Wand
stammen, zeigt,
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6 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die eine dritte Art einer kapazitiven oder induktiven Sensoreinrichtung
zum Messen der Verformungen der flexiblen Wand zeigt,
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7 das
Sensorsystem aus 6 orthogonal zu der flexiblen
Wand gesehen ist,
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8 ein
Beispiel für
Kondensatorelektroden ist, die an Rippen angebracht sind, welche
an der flexiblen Wand befestigt sind,
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9 beispielhaft
Kondensatorelektroden zeigt, die zwischen Rippen befestigt sind,
welche an der flexiblen Wand befestigt sind,
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10 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
mit Dehnungssensoren zum Messen der Verformung der flexiblen Wand
ist,
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11 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
mit Balken ist, die das Basisende und den Last- oder Kraftaufnahmeteil
verbinden, welcher als Hebel wirkt, der auf die flexible Wand einwirkt,
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12 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die eine weitere Art einer kapazitiven oder induktiven Sensoreinrichtung
zum Messen der Verformungen der flexiblen Wand zeigt,
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13 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, die noch eine weitere Art einer kapazitiven oder induktiven
Sensoreinrichtung zum Messen der Verformungen der flexiblen Wand
zeigt,
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14 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
aus 13 ist, die zwei Hebel zeigt, die auf die flexible
Wand einwirken,
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15 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
aus 10 ist, die zwei Hebel zeigt, die auf die flexible
Wand einwirken,
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16 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
aus 9 ist, die zwei Hebel zeigt, die auf die flexible
Wand einwirken,
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17 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle zum Messen von Zugkräften und
hängenden
Lasten beschaffen ist,
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18 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle zum Messen mit hoher Genauigkeit selbst
bei Befestigung an rauen Oberflächen
beschaffen ist,
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19 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle zum Befestigen an vertikalen Oberflächen beschaffen
ist,
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20 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle durch Verändern der aktiven Länge des
Hebels optimiert werden kann,
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21 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle zum Befestigen in robusten Anwendungen
beschaffen ist,
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22 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die Lastmesszelle zum Messen mit hoch exzentrischen Kräften beschaffen
ist,
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23 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei die flexible Wand einer Lastmesszelle im Umfang reduziert
ist, um die Verformung der flexiblen Wand von der Wand des Sensorhohlraums
zu isolieren,
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24 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist, wobei sich die flexible Wand in dem Hebel, der auf die flexible
Wand einwirkt, fortsetzt und einen Teil davon darstellt.
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Die
Lastmesszelle in 1, die mit einer Auflage an
deren linkem Ende dargestellt ist, wobei eine zu messende Kraft
oder Last P an dem rechten Ende angelegt wird, zeigt den Stand der
Technik und stellt den Standardtyp einer Lastmesszelle dar, der von
den meisten Herstellern zur Herstellung von Lastmesszellen mit Balken
und Dehnungsmessstreifen verwendet wird.
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Der
elastische Körper,
der üblicherweise
aus hochfestem Aluminium hergestellt ist, enthält das feste Basisende 1,
zwei Balken 2 und einen festen Lastaufnahmeteil 3.
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Dieser
elastische Körper
dient als bekannter Roberval-Mechanismus, indem er bei dem Anlegen der
Last P Winkelbewegungen des festen Lastaufnahmeteils 3 blockiert,
und so die Auslenkungen des Teils 3 auf parallele Auslenkungen
beschränkt,
selbst wenn die Last oder Kraft P sehr exzentrisch angelegt wird.
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Dieses
Merkmal, das die Lastmesszelle gegenüber dem Punkt, an dem die Kraft
angelegt wird, unempfindlich macht, ist eine Voraussetzung für Präzisionsmessungen
mit Lastmesszellen.
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Häufig ist
zwischen den beiden Balken 2 ein dritter Balken 4 eingesetzt.
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Diese
Lastmesszellen erfahren Verformungen nur an den beiden Balken 2 und
dem dritten Balken 4 und hauptsächlich in den Positionen S1
bis S8, während
das Basisende 1 und der Lastaufnahmeteil 3 fest
sind und somit nicht verformt werden.
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Deswegen
werden üblicherweise
Dehnungsmessstreifen an einer oder mehreren dieser Positionen S1
bis S8 aufgebracht, wobei die Positionen S3 bis S6 bevorzugt sind,
da der dritte Balken 4 durch die Einwirkung der Balken 2 mit
einer gut definierten S-förmigen
Form verformt wird.
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Die
Erfindung ist nachstehend ausführlich unter
Bezugnahme auf 2 beschrieben, die die grundlegende
Erfindung zeigt, wobei der elastische Körper das Basisende 1,
die zwei Balken 2, den Lastaufnahmeteil 3 und
außerdem
einen Sensorhohlraum enthält,
der zum Befestigen von Sensoreinrichtungen beschaffen ist und eine
flexible Wand 5 umfasst.
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Der
Sensorhohlraum ist vorzugsweise, wie in 2 dargestellt,
in dem Basisende 1 angebracht.
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Der
dritte Balken 4, der erfindungsgemäß als Hebel 4 wirkt,
verbindet ferner die flexible Wand 5 mit dem Lastaufnahmeteil 3 der
Lastmesszelle.
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Die
Balken 2, die in dem mittleren Abschnitt steif sind, aber
mit flexiblen Enden 6 versehen sind, verknüpfen das
Basisende 1 und den Lastaufnahmeteil 3, wodurch
der Teil 3 auf parallele Auslenkungen beschränkt ist,
selbst wenn die Kraft P sehr exzentrisch angelegt wird.
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Diese
Gestaltung, die die Lastmesszelle gegenüber dem Punkt, an dem die Kraft
angelegt wird, unempfindlich macht, ist eine Voraussetzung für Präzisionsmessungen
mit Lastmesszellen.
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Die
Abdeckung 7 schließt
den Sensorhohlraum mit der flexiblen Wand 5, und das Kabel 8 für die Strom-
und Signalleitung von und zu dem Sensor kann in der Abdeckung 7 befestigt
sein.
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3 zeigt
die Auslenkung D des Lastaufnahmeteils 3, die Winkelbewegung
der Balken 2 und des Hebels 4 und die Verformungen
der flexiblen Wand 5, wenn eine Last P angelegt ist.
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Alle
Auslenkungen und Verformungen sind zur Verdeutlichung übertrieben
dargestellt.
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Für die Präzision der
erfindungsgemäßen Lastmesszelle
ist es wichtig, dass die elastischen Eigenschaften und die Steifigkeit
der Lastmesszelle praktisch vollständig durch die Abmessungen
der flexiblen Wand bestimmt sind, und es ist ebenso sehr wichtig,
dass die Steifigkeit der flexiblen Teile 6 der Balken 2 praktisch
vernachlässigbar
ist.
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4 zeigt
die grundlegende Erfindung mit einem kapazitiven Sensor in dem Sensorhohlraum, bestehend
aus dem Sensorträger 9,
der eine keramische Scheibe darstellen kann, wobei die eine Auslenkung
erfassenden Elektroden 10 und 11 in einem Abstand
zu und gegenüber
der flexiblen Wand 5 angebracht sind, vorzugsweise dort,
wo die Verformungen am größten sind.
Eine fakultative Bezugselektrode 12 ist in der Mitte des
Sensorträgers
angebracht dargestellt, wo die durchschnittliche Auslenkung der
flexiblen Wand am geringsten ist, oder sie kann alternativ an dem äußeren Umfang
des Sensorträgers 9 angebracht
sein, wo die Auslenkung im Wesentlichen Null ist.
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Die
Kondensatorelektroden können
an einen die Kapazität
messenden Schaltkreis angeschlossen sein, der an der Rückseite
des Sensorträgers 9 befestigt
ist.
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Dieser
Schaltkreis kann beispielsweise gemäß US-Patent 4,737,706 sein.
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Anstatt
von Kondensatorelektroden können induktive
Sensoren in Form von kleinen Spulen vorzugsweise an denselben Positionen
an dem Sensorträger 9,
wie in Verbindung mit den Kondensatorelektroden dargestellt, angebracht
sein.
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Ein
Schaltkreis, der die Veränderungen
der Induktivität
der Spulen erfasst oder der die Auswirkungen von Wirbelströmen erfasst,
wenn die flexible Wand infolge der zu messenden Kraft ausgelenkt wird,
kann an der Rückseite
des Sensorträgers 9 angebracht
sein.
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Der
Hebel 4 hat in allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen vorzugsweise einen
dünneren Querschnitt 13,
der üblicherweise
an dem Ende angebracht ist, an dem der Hebel an dem Teil 3 des elastischen
Körpers
befestigt ist, wodurch die Verformung der flexiblen Wand 5 bei
einer bestimmten Auslenkung des Teils 3 vergrößert wird.
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5 zeigt
die grundlegende Erfindung mit einem anderen kapazitiven Sensor,
der den Sensorträger 14 umfasst,
mit Kondensatorelektroden 15 und 16, wobei der
Sensorträger
an einem Zapfen 17 befestigt ist, der eine Verlängerung
des Hebels 4 sein kann.
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Es
ist offensichtlich, dass eine Auslenkung des Lastaufnahmeteils 3 durch
die Einwirkung des Hebels 4 in eine Verformung der flexiblen
Wand 5 umgewandelt wird, die wiederum durch den Zapfen 17 in
Veränderungen
des Abstands der Kondensatorelektroden 15 und 16 zu
den Innenwänden
des Sensorhohlraums umgewandelt wird.
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Auch
in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die Kondensatorelektroden durch induktive Sensoren ersetzt werden.
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In
allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
kann der Sensorhohlraum einen kreisförmigen, einen rechteckigen
oder einen anderen Querschnitt aufweisen, und der Sensorträger 9 in 4 und
der Sensorträger 14 in 5 können vorteilhaft
eine Form aufweisen, die dem Querschnitt des Sensorhohlraums entspricht,
um die maximale Kapazitätsänderung
bei einer bestimmten Verformung der flexiblen Wand 5 zu
erreichen.
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Wenn
der Querschnitt des Sensorhohlraums in 5 beispielsweise
rechteckig ist, ist der Sensorträger 14 vorzugsweise
rechteckig, wobei die Elektroden 15 und 16 die
obere und die untere horizontale Oberfläche des Sensorträgers 14 bedecken.
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Die
Kondensatorelektroden können
erfindungsgemäß an der
Innenwand des Hohlraums angebracht sein, wobei entsprechende geerdete
Elektroden an dem Sensorträger 9 oder 14 angebracht sind.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
mit noch einem anderen kapazitiven Sensorsystem, das in 6 dargestellt
ist, ragen eine Anzahl an Rippen 18, 19, 20, 21, 22 und 23 vorzugsweise
orthogonal aus der flexiblen Wand heraus.
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Wenn
die flexible Wand aufgrund der Einwirkung des Hebels 4 Verformungen
erfährt,
wie in 3 dargestellt, ist es offensichtlich, dass der
gegenseitige Abstand der Spitzen der Rippen entweder zunimmt oder
abnimmt, wobei mit Kondensatorelektroden, die entweder auf den Rippen
oder zwischen den Rippen angebracht sind, ein sehr empfindliches kapazitives
Sensorsystem erzielt wird.
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Die
Rippen sind vorzugsweise aus dem Material des elastischen Körpers während der
spanenden Bearbeitung des Hohlraums hergestellt, oder die Rippen
können,
um die spanende Bearbeitung der relativ langen Rippen zu vermeiden,
getrennte Einheiten darstellen, die auf kurzen Zapfen, welche spanend
in die flexible Wand eingearbeitet wurden, oder direkt an der flexiblen
Wand befestigt sind.
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Um
ein Durchbiegen der Rippen zu ermöglichen, ist es, wie in 7 dargestellt,
erforderlich, dass die Breite der Rippen um einen Wert geringer
ist als die Breite der flexiblen Wand, der eine Verformung der flexiblen
Wand in dem Bereich zwischen der Innenseite des Sensorhohlraums
und den Rändern
der Rippen zulässt.
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Ebenso
weist der Hebel 4 vorteilhaft, aber nicht zwangsläufig, dieselbe
Breite auf wie die Breiten der Rippen.
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In 8 ist
eine Rippe dargestellt, wobei die Kondensatorelektroden 24 und 25 auf
den Isolierschichten 26 und 27 befestigt sind.
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Wenn
beispielsweise die Rippen 19 und 22 gemäß 8 mit
Kondensatorelektroden ausgestattet sind und die Rippen 18, 20, 21 und 23 geerdet sind,
erhöhen
die Verformungen der flexiblen Wand 5, wie in 3 veranschaulicht,
die Kapazität
der Elektroden auf Rippe 19, während die Kapazität der Elektroden
auf Rippe 22 verringert wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Anzahl an Rippen erhöht
oder verringert werden, und die Rippen 20 und 21 können beispielsweise
zu einer Rippe vereinigt werden.
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Ebenso
können
die Kondensatorelektroden an einer oder beiden Seiten einer beliebigen
Anzahl an Rippen angebracht sein.
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Wenn
beispielsweise die Rippen 18 und 23 gemäß 8 mit
Kondensatorelektroden ausgestattet sind, wird eine Elektrode an
jeder Rippe erhöht, während die
andere verringert wird, da die Innenwände zusammen mit den Rippen 19 und 22 als
Gegenelektroden wirken.
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Ebenso
können
die Rippen 20 und 21 gemäß 8 mit Kondensatorelektroden
ausgestattet sein, und eine geerdete Rippe kann zwischen Rippe 20 und 21 angebracht
sein.
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Auch
in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die Kondensatorelektroden durch induktive Sensoren ersetzt werden.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
die in 9 dargestellt ist, sind getrennte Messelektroden 28 und 29 zwischen
den Rippen angebracht und vorzugsweise, aber nicht zwangsläufig, in
einer unveränderlichen
Position in Bezug auf die flexible Wand 5 oder in einer
unveränderlichen
Position in Bezug auf die Innenwand des Sensorhohlraums befestigt.
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Durch
Anbringen der Rippen 30 und 31 in Positionen an
der flexiblen Wand 5, an denen diese geeignete Verformungen
erfährt,
kann der Effekt erzielt werden, dass die Rippe 32, die
eine Verlängerung
des Hebels 4 darstellen kann, ihren Abstand zu der Elektrode 28 verringert,
wenn eine Last oder Kraft P angelegt wird, während die vorteilhaft angebrachte Rippe 30 bei
der Verformung der Wand ebenfalls eine Verringerung ihres Abstands
zu der Elektrode 28 erfährt.
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Ebenso
erfährt
die Elektrode 29 eine Vergrößerung der Abstände zu der
Rippe 32 und der Rippe 31.
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Auch
in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
die Kondensatorelektroden durch induktive Sensoren ersetzt werden.
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Der
Vorteil aller dieser erfindungsgemäßen Ausführungsformen, die nicht die
Innenwand des Hohlraums, sondern andere Elektroden, beispielsweise
auf den Rippen, oder getrennt befestigte Elektroden als Gegenelektrode
nutzen, ist, dass die Verformungen der Wände des Sensorhohlraums, die
die flexible Wand 5 umgeben, welche Verformungen sich beispielsweise
aus Befestigungsspannungen ergeben, keine Messfehler verursachen.
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10 zeigt
die grundlegende Erfindung, die mit Dehnungssensoren ausgestattet
ist, die vorzugsweise in Form von Dehnungsmessstreifen 35 und 36 vorliegen
und die vorzugsweise in den Positionen angebracht sind, in denen
die flexible Wand 5 die höchsten Verformungen aufweist,
wobei ein Bezugsdehnungsmessstreifen 37 fakultativ in einer
Position angebracht ist, in der die Verformungen am geringsten sind.
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Verglichen
mit bekannten Lastmesszellen mit Dehnungsmessstreifen weist die
erfindungsgemäße Lastmesszelle
mit Dehnungsmessstreifen den sehr wichtigen Vorteil auf, dass die
Dehnungsmessstreifen ohne zusätzliche
Verfahrensschritte vor Umwelteinflüssen geschützt sind, und sie weist den
zusätzlichen
Vorteil einer sehr unkomplizierten Verdrahtung auf, da alle Messstreifen
nahe beieinander aufgebracht werden.
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Ein
besonderes Dehnungsmessstreifensystem, in dem alle Messstreifen
in einer Einheit integriert sind, kann angewendet werden, um geringe Kosten
bei hohem Produktionsausstoß zu
erzielen.
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Die
Dehnung der flexiblen Wand kann erfindungsgemäß auch durch andere Dehnungsmesseinrichtungen,
wie optische oder induktive, gemessen werden.
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Erfindungsgemäß und wie
in 11 dargestellt, kann die Funktion des Hebels 4 in
den vorstehend genannten Ausführungsformen
von einem oder beiden der Hebel 33 ausgeübt werden,
die ein Teil der Balken 2 sein können, welche das Basisende 1 mit
dem Last- oder Kraftaufnahmeteil 3 verbinden.
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Um
das Auftreten von Verformungen der flexiblen Wand zu ermöglichen,
können
Löcher
oder Schlitze, die vorteilhaft als Löcher 34 in 11 positioniert
sein können,
spanend in das Basisende 1 eingearbeitet werden.
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Alternativ
kann, wie in 12 dargestellt, ein Elektrodenträger 37 mit
Sensoren 38 und 39 gegenüber der flexiblen Wand 5 auf
einem kurzen Zapfen oder einer kurzen Rippe 40 befestigt
sein.
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Die
Verformung der flexiblen Wand 5 aufgrund der Einwirkung
des Hebels 4 wird durch Änderungen des Abstands zwischen
den Sensoren oder Elektroden 38 und 39 und der
flexiblen Wand 5 gemessen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Anordnung ist
in 13 dargestellt, wobei zwei Sensor- oder Elektrodenträger 41 und 43 an
vorteilhaft angeordneten Positionen an der flexiblen Wand 5 auf
getrennten Zapfen oder Rippen befestigt sind und wobei die Elektroden 42 und 44 gegenüber der
flexiblen Wand angeordnet sind.
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Die
Elektroden an einem Sensorträger
erleben einen zunehmenden und die Elektroden an dem anderen Sensorträger erleben
einen abnehmenden Abstand zu der flexiblen Wand.
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Wenn
jeder Sensorträger
mit nur einer Elektrode ausgestattet ist, die die Oberfläche bedeckt, führt ein
Neigen des Elektrodenträgers
auf dem kurzen Zapfen nur zu einem kleinen Fehler, da der abnehmende
Abstand an einem Ende des Elektrodenträgers im Großen und Ganzen durch einen
entsprechend zunehmenden Abstand an dem anderen Ende des Elektrodenträgers ausgeglichen
wird.
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Die
Lastmesszelle gemäß 13 kann
vorteilhaft, wie in 14 dargestellt, einen Hebel 4 aufweisen,
der in zwei getrennte Hebel geteilt ist, wobei jeder vorzugsweise
an den zwei Positionen, an denen die zwei Sensorträger auf
ihren Zapfen befestigt sind, direkt auf die flexible Wand einwirkt.
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Ebenso
kann die Lastmesszelle gemäß 10 vorteilhaft,
wie in 15 dargestellt, einen Hebel 4 aufweisen,
der in zwei getrennte Hebel geteilt ist, wobei jeder vorzugsweise
an den zwei Positionen, an denen die höchste Dehnung in den Dehnungssensoren
erzeugt wird, direkt auf die flexible Wand einwirkt.
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Die
Lastmesszelle gemäß 9 kann
vorteilhaft, wie in 16 dargestellt, einen Hebel 4 aufweisen,
der in zwei getrennte Hebel geteilt ist, wobei jeder vorzugsweise
an den zwei Positionen, an denen die höchste Durchbiegung der Rippen
erzeugt wird, direkt auf die flexible Wand einwirkt.
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Erfindungsgemäße Lastmesszellen
können vorteilhaft,
wie in 17 dargestellt, ein Basisende 1 und
einen Lastaufnahmeteil 3 aufweisen, die mit den Teilen 48 bzw. 49 verlängert sind,
um Lastmesszellen von dem bekannten S-Typ bereitzustellen, die ideal zum
Messen von Zugkräften
und hängenden
Lasten sind.
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Die
Lastmesszelle aus 17 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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Erfindungsgemäße Lastmesszellen
können ebenfalls,
wie in 18 dargestellt, für hoch präzise Messungen
ein Basisende 1 aufweisen, das mit dem Teil 48 verlängert ist,
um zu vermeiden, dass Spannungen, die sich aus dem Befestigen der
Lastmesszelle ergeben, das Sensorsystem erreichen.
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Um
die genaue spanende Bearbeitung der flexiblen Teile 6 der
Balken 2 zu erleichtern, werden die Nuten 50 an
der Innenseite und der Außenseite der
Balken gleichzeitig gefräst.
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Die
Lastmesszelle aus 18 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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In 19 ist
eine erfindungsgemäße Lastmesszelle
dargestellt, die das Befestigen an einer vertikalen Oberfläche erleichtert.
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Um
zu vermeiden, dass Befestigungsspannungen, die von den Schrauben 51 stammen,
das Sensorsystem erreichen, können
Nuten 52 in die Innenseite und die Außenseite des Sensorhohlraums gefräst werden.
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Die
Lastmesszelle aus 19 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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20 zeigt
eine erfindungsgemäße Lastmesszelle,
wobei der flexible Teil 13 des Hebels 4 mittels
einer Verlängerung 53 von
einer Position an dem Lastaufnahmeteil zu einer Position näher an dem
Basisende 1 verschoben wurde.
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Um
höchste
Präzision
bei den Messungen zu erreichen, sollten die Balken 2 die
geringstmögliche Steifigkeit
aufweisen. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass das
flexible Teil 6 sehr dünn gemacht
wird, was aufgrund der Minderung der Festigkeit des Teils nicht
ideal ist, oder alternativ dadurch, dass die Balken 2 sehr
lang gemacht werden.
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Wenn
die Balken 2 länger
gemacht sind, wird auch der Hebel 4 länger, was bei einer bestimmten Verformung
des Lastaufnahmeteils 3 zu einer Verringerung der Durchbiegung
der flexiblen Wand führt.
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Da
die Durchbiegung von Teil 3 für Hochgeschwindigkeitsmessungen
gering gehalten werden sollte, kann ein Optimum durch eine Bemessung
der Länge
des Hebels 4 im Verhältnis
zu der Länge
der Verlängerung 53 erreicht
werden, die in Verbindung mit den Abmessungen der flexiblen Wand 5 die
Kapazität
der Lastmesszelle bestimmt.
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Die
Lastmesszelle aus 20 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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Eine
erfindungsgemäße Lastmesszelle,
die in 21 dargestellt ist, weist die
massiven Verlängerungen 57 und 58 an
dem Basisende 1 bzw. Lastaufnahmeteil 3 auf, die
das Befestigen der Lastmesszelle in robusten Anwendungen erleichtern.
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Der
Körper
der Lastmesszelle aus 21 wird üblicherweise durch Fräsen der
Balken 2, des Hebels 4, der flexiblen Abschnitte 6, 13, 54 und 55 sowie
des Sensorsystems in dem Sensorhohlraum hergestellt.
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Die
massiven Verlängerungen 57 und 58 können preiswert
durch Entfernen des Materials bei 56 mittels Plasmaschneiden
hergestellt werden.
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Der äußere Lastaufnahmeteil 59 kann
dank der massiven Abmessungen der Verlängerungen 57 mittels
der Schrauben 60 ohne Störung durch Schraubspannungen
an die Lastmesszelle geschraubt werden, und ebenso kann die Lastmesszelle
dank der massiven Verlängerung 58 ohne
Störung der
Messung an der Grundkonstruktion befestigt werden.
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Die
Lastmesszelle aus 21 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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22 stellt
eine erfindungsgemäße Lastmesszelle
dar, wobei der Abstand zwischen den Balken 2 erhöht ist,
um die Dehnung der Balken 2 zu senken, wenn die Last P
sehr exzentrisch angelegt wird.
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Die
Lastmesszelle aus 22 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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Die
flexible Wand der erfindungsgemäßen Lastmesszelle,
die in 23 dargestellt ist, ist im Umfang
reduziert, um die Verformungen der flexiblen Wand von der Wand des
Sensorhohlraums zu isolieren.
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Das
bedeutet, dass die Verformung der flexiblen Wand praktisch vollständig von
den Abmessungen der flexiblen Wand selbst bestimmt ist, was eine
Voraussetzung für
Präzisionsmessungen
darstellt.
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Die
Lastmesszelle aus 23 ist mit dem Sensorsystem
aus 9 dargestellt, es kann aber jedes beliebige erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Anwendung kommen.
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24 zeigt
eine Lastmesszelle, wobei sich die flexible Wand in dem Hebel fortsetzt,
wodurch ein Hohlraum 45 gebildet wird, was die Möglichkeit
vorsieht, beispielsweise Dehnungssensoren 46 und 47 in
dem Hohlraum zu befestigen.
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Andere
Sensoreinrichtungen der vorstehend genannten Arten können in
oder an der Oberfläche der
flexiblen Wand um den Hohlraum 45 herum befestigt sein.
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Ein
sehr wichtiger Vorteil, der allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemeinsam ist, besteht
darin, dass das Schließen
des Sensorhohlraums in einem Abstand zu der flexiblen Wand erfolgt und
somit keine Störung
der Messungen verursacht.
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Das
Verfahren einer hermetischen Abdichtung des Sensorsystems in Lastmesszellen
gemäß dem Stand
der Technik beinhaltet einen Metallbalg oder Metallabdeckungen,
die aufgrund ihrer Federkonstante Störungen bei der Messung verursachen.
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Abgesehen
davon ist deren Befestigung teuer, und sie sind nicht für industrielle
Umgebungen geeignet.
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Aufgrund
der hohen Empfindlichkeit eines kapazitiven Sensorsystems sind die
Anforderungen an die Streckfestigkeit des Materials des elastischen Körpers relativ
gering und Herstellungsverfahren, wie Plasmaschneiden, Sintern und
Gießen,
können
für hohe
Ausstöße zu geringen
Kosten verwendet werden, wenn vorzugsweise kapazitive Sensoren verwendet
werden.
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Aufgrund
der Tatsache, dass hierin bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen
veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich,
dass Modifikationen und Verbesserungen an den hierin spezifisch
offenbarten Formen vorgenommen werden können.
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Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung nicht auf die hierin spezifisch offenbarten
Formen beschränkt.
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Die
flexible Wand mit den Sensoreinrichtungen kann beispielsweise in
dem Lastaufnahmeteil 3 positioniert sein, oder flexible
Wände mit
Sensoren können
in sowohl dem Basisende als auch dem Lastaufnahmeteil positioniert
sein.
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Ferner
kann der Hebel 4 erfindungsgemäß an einer beliebigen Stelle
zwischen der flexiblen Wand 5 und dem Lastaufnahmeteil 3 angebracht sein.
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Außerdem können erfindungsgemäße Lastmesszellen
mehr als zwei Hebel aufweisen, die mit der flexiblen Wand gekuppelt
sind, um die Verformung der flexiblen Wand genau auf spezifische
Sensoren abzustimmen.