DE69232155T2

DE69232155T2 - Wägezelle mit einer Platte mit einer Öffnung und überbrückendem Dehnungssensor

Info

Publication number: DE69232155T2
Application number: DE69232155T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Konishi; Kazufumi Naito; Shotaro Tamai; Michito Utsunomiya
Original assignee: Ishida Scales Manufacturing Co Ltd; Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Scales Manufacturing Co Ltd; Ishida Co Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2012-12-23
Also published as: DE69215234D1; EP0616199A3; EP0548927B1; KR100248879B1; CN1034767C; DE69225122T2; DE69215234T2; EP0616199B1; DE69232155D1; EP0616199A2; DE69225122D1; CN1075006A; EP0738882B1; US5539158A; EP0738882A3; EP0738882A2; EP0548927A1; KR930013693A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(Gebiet der Erfindung)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Lastzelle oder Wägezelle zum elektrischen Erfassen einer auf ein dehnungsinduzierendes Element mit einem spezifischen Aufbau aufgebrachten Last unter der Ausnutzung einer elektrischen Eigenschaft des dehnungsinduzierenden Elementes wie beispielsweise ein Messstreifen, der an dem dehnungsinduzierenden Element montiert ist, und auf ein Lastmessgerät, das eine derartige Lastzelle verwendet.

(Beschreibung des Stands der Technik)

Eine elektronische Waage und ein Lasterfassungsinstrument wie beispielsweise ein Lastsensor zum Messen einer von außen aufgebrachten Kraft nutzt im Allgemeinen eine Lastzelle. Eine derartige bei der elektronischen Waage angewendete Lastzelle weist im Allgemeinen ein in Fig. 9 gezeigtes dehnungsinduzierendes Element A auf, das so aufgebaut ist, dass es einen bekannten Roberval-Parallelbewegungsmechanismus vorsieht. Genauer gesagt weist dieses dehnungsinduzierende Element A folgendes auf: einen feststehenden und einen beweglichen unelastischen Körper a1 und a2, die einander gegenüberliegen, und ein Paar von parallelen Trägern b1 und b2, die sich zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Körper a1 und a2 erstrecken. Alle diese Elemente a1. a2, b1 und b2 werden durch Ausbildung eines Hohlraums c in einem im allgemeinen rechtwinkligen kubischen Metallblock ausgebildet, so daß der feststehende und der bewegliche unelastische Körper a1 und a2 jeweils gegenüberliegende Endabschnitte des Metallblocks einnehmen, während die parallelen Trägern b1 und b2 jeweils einander gegenüberliegende Seitenabschnitte des Metallblocks einnehmen. Der Hohlraum c ist derart geformt und so aufgebaut, daß Paare von dünnwandigen dehnungserzeugenden Bereichen d1 und d2, d3 und d4 verbleiben, wobei die dehnungserzeugenden Bereiche d1 und d2 eines Paares an entsprechenden Zusammenfügungen von gegenüberliegenden Endabschnitten des Trägers b1 mit dem feststehenden und dem beweglichen unelastischen Körper a1 und a2 definiert sind, während die dehnungserzeugenden Bereiche d3 und d4 des anderen Paars an entsprechenden Zusammenfügungen von gegenüberliegenden Endabschnitten des Trägers b2 mit dem feststehenden und dem beweglichen unelastischen Körper a1 und a2 definiert sind.
Das dehnungsinduzierende Element A gemäß dem Stand der Technik ist derart gestaltet und aufgebaut, daß, wenn eine Last W auf den beweglichen unelastischen Körper a2 aufgebracht wird, in den dünnwandigen dehnungserzeugenden Bereichen d1 bis d4 eine beträchtliche Verformung auftritt, wie mittels der gestrichelten Linie gezeigt ist, was bewirkt, daß der bewegliche unelastische Körper a2 eine parallelen Abwärtsbewegung relativ zu dem feststehenden unelastischen Körper a1 unterzogen wird. Anders ausgedrückt, die dehnungserzeugenden Bereiche d1 bis d4 erzeugen jeweils Dehnungen in einer Größenordnung, die proportional zu der aufgebrachten Last W ist, um jeden möglichen nachteiligen Einfluß zu reduzieren, der durch eine Biegebewegung verursacht würde. In der Praxis ist der feststehende unelastische Körper a1 des dehnungsinduzierenden Elements A auf unelastische Weise an einer Basis E der elektronischen Waage befestigt, während der bewegliche unelastische Körper a2 mit einem Waagentisch F gekoppelt ist. Dehnungserfassende Elemente G wie zum Beispiel Dehnungsmeßstreifen sind unbeweglich auf entsprechenden Oberflächen des dehnungsinduzierenden Elements A in Ausrichtung mit mindestens zwei der dehnungserzeugenden Bereiche d1 und d2 (oder d3 und d4) angeordnet, so daß eine in den dehnungserzeugenden Bereichen d1 und d2 induzierte Zugdehnung und eine Druckdehnung mit Hilfe der entsprechenden dehnungserfassenden Elemente G als eine Funktion der auf dem Waagentisch F plazierten Last erfaßt werden kann, um dadurch eine Anzeige der Last W zu schaffen.
Das dehnungsinduzierende Element A mit dem vorstehend erörterten Aufbau ist durch ein Profilieren und Bearbeiten eines Materialblocks zu einer erforderlichen Form ausgebildet, was einen komplizierten dreidimensionalen Bearbeitungsvorgang erforderlich macht, der mit einer verminderten Produktivität begleitet wird. Im Hinblick darauf offenbart das US Patent Nr. 4 785 673 (das der 1987 veröffentlichten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-156 532 entspricht) in seiner Fig. 7 ein dehnungsinduzierendes Element, das durch ein Formen eines Materials unter Anwendung eines Extrusionsformverfahrens vorbereitet, um ein Element mit einem allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt vorzusehen, das einen feststehenden unelastischen Abschnitt, einen beweglichen unelastischen Abschnitt entgegengesetzt zu dem feststehenden unelastischen Abschnitt und zwei parallele Balken hat, die sich zwischen dem feststehenden unelastischen Abschnitt und dem beweglichen unelastischen Abschnitt erstrecken. Ein Substrat ist anschließend zwischen den parallelen Balken mit einem daran befestigten Dehnungserfassungselement angeordnet.
Da gemäß dem vorstehend erwähnten US Patent das Dehnungserfassungselement an dem Substrat befestigt ist, das eine Größe hat, die mit der derjenigen des dehnungsinduzierenden Elementes vergleichbar ist, ergibt sich ein komplizierter Vorgang eines Befestigens des Dehnungserfassungselementes, was zu einer Verringerung im Bezug auf die Produktivität wie in dem Fall des in Fig. 9 gezeigten dehnungsinduzierenden Element des Stands der Technik führt, bei dem das Dehnungserfassungselement an den Balken feststehend montiert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dem gemäß ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lastzelle zu schaffen, die eine ausgezeichnete Produktivität aufzeigt, und außerdem ein verbessertes Lastmessinstrument zu schaffen, das eine derartige verbesserte Lastzelle nutzt.
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Lastzelle für eine Verwendung beim Erfassen einer darauf aufgebrachten Last, die einen Körper, in dem eine Dehnung proportional zu der aufgebrachten Last induziert wird, und einen Dehnungssensor zum Erfassen der in dem Körper induzierten Dehnung hat. Der Körper ist ein Plattenelement mit einer Längsachse und der Dehnungssensor ist an dem Körper montiert. Der Körper hat eine Öffnung, die in ihm an einem Ort in der Mitte der Länge des Körpers so definiert ist, dass an einem Ende von ihm ein einen feststehenden unelastischen Körper bildender Bereich, an dem entgegengesetzten Ende von ihm ein einen beweglichen unelastischen Körper bildender Bereich und Seitenverbindungsstreifen definiert sind, die durch die Öffnung voneinander in der Breitenrichtung der Öffnung beabstandet sind und den den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich und den den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich miteinander verbinden. Der den beweglichen unelastischen Körper bildende Bereich befindet sich an einer Seite der Öffnung entgegengesetzt zu dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich in der Längsrichtung des Körpers. Der Dehnungssensor hat entgegengesetzte Enden, die in der Längsrichtung beabstandet sind und an dem Körper so montiert sind, dass die Öffnung überbrückt wird, wobei seine entgegengesetzten Enden an dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich und an dem den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich fixiert sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Lastmessinstrument geschaffen, bei dem die Lastzelle der vorstehend erörterten Art als eine Einrichtung zum Erfassen einer an einem Lastaufnahmetisch aufgebrachten Last angewendet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Körper, an dem der Dehnungssensor eingesetzt ist, in der Form eines Plattenelementes angewendet, und daher kann er ohne weiteres und mit Leichtigkeit unter Verwendung eines zweidimensionalen einfachen Bearbeitungsvorgangs erhalten werden, wodurch die Produktivität erhöht wird.
Außerdem kann, da der Dehnungssensor eine Größe haben kann, die so klein ist, dass ihm ermöglicht wird, dass er die an dem mittleren Abschnitt des Körpers definierte Öffnung überbrückt, das Dehnungserfassungselement ohne weiteres und mit Leichtigkeit an dem Substrat unter Anwendung eines beispielsweise beliebigen bekannten Dünnfilmverfahrens ausgebildet werden, wodurch die Produktivität erhöht wird.
Außerdem können von den die Öffnung definierenden Umfangsrippenbereichen des Körpers die Seitenverbindungsstreifen eine sich ändernde Breite und / oder eine sich ändernde Dicke haben, so dass das Leistungsvermögen der Lastzelle zum Messen der Last das heißt die maximale erfassbare Last mit Leichtigkeit eingestellt werden kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Dehnungssensor ein Substrat mit entgegengesetzten Enden, die in der Längsrichtung beabstandet sind, und einem an dem Substrat ausgebildeten Dehnungserfassungselement. Dieser Dehnungssensor ist an dem Körper montiert, wobei seine entgegengesetzten Enden an dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich und an dem den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich des Körpers fixiert sind.
Außerdem hat gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Substrat des Dehnungssensors einen Niedrigsteifigkeitsabschnitt, und das Dehnungserfassungselement ist an dem Niedrigsteifigkeitsabschnitt positioniert, um zu ermöglichen, dass der Betrag der Dehnungen erhöht wird, um dadurch die Lasterfassungsgenauigkeit zu erhöhen.
Der vorstehend erwähnte Niedrigsteifigkeitsabschnitt hat vorzugsweise eine Form, die sich in einer parallel zu der Breitenrichtung des Substrates stehenden Richtung erstreckt, und er ist vorzugsweise als ein Paar vorgesehen, das voneinander in einer parallel zu der Längsrichtung des Substrates stehenden Richtung beabstandet ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Lastzelle des weiteren ein erstes Element und ein zweites Element auf, die oberhalb beziehungsweise unterhalb des Körpers positioniert sind und mit dem Körper gekuppelt sind. Das erste Element hat einen einen feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich, der mit dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich des Körpers verbunden ist, einen einen beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich, der mit dem den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich des Körpers verbunden ist, und einen oberen Balken, der den den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich des ersten Elementes und den den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich des ersten Elementes miteinander verbindet. Das zweite Element hat einen einen feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich, der mit dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich des Körpers verbunden ist, einen einen beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich, der mit dem den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich des Körpers verbunden ist, und einen unteren Balken, der den den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich des zweiten Elementes und den den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereich des zweiten Elementes miteinander verbindet.
Durch diesen Aufbau kann durch ein Verbinden des ersten und des zweiten Elementes mit dem Körper das dehnungsinduzierende Element ohne weiteres zusammengebaut werden. Dem gemäß ist kein Vorgang zum Bearbeiten eines Einstückmaterials zum Vorsehen des dehnungsinduzierenden Elementes in der Praxis bei der vorliegenden Erfindung erforderlich und daher kann der Prozess zum Herstellen des dehnungsinduzierenden Elementes vorteilhafter Weise vereinfacht werden.
Es sollte hierbei beachtet werden, dass sowohl das erste und das zweite Element als auch der Körper vorzugsweise die Form eines Plattenelementes haben. Wenn das Plattenelement dafür angewendet wird, können diese unter Verwendung eines beliebigen bekannten Presswerks hergestellt werden, was mit einer weiteren Zunahme in Bezug auf die Produktivität verbunden ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen deutlicher verständlich, wenn die beiliegenden Zeichnungen mit dieser in Verbindung gebracht werden. Die Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen sind jedoch nur zum Zweck der Veranschaulichung und Erklärung angegeben, und sind in keiner Weise als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu betrachten, wobei der Geltungsbereich durch die beiliegenden Ansprüche zu bestimmen ist. In den beiliegenden Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen benutzt, um in den einzelnen Ansichten gleiche Teile zu bezeichnen.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht mit einem weggeschnittenen Abschnitt, die eine Wägezelle gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Wägezelle,
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines bei der Wägezelle gemäß der vorliegenden Erfindung genutzten Dehnungssensors,
Fig. 4 ist ein Schaltplan, der eine Last-erfassende Schaltung zeigt, bei welcher der Lastsensor angewandt wird,
Fig. 5 ist eine schematische Seitenschnittansicht, welche die in einer Wägevorrichtung angewandte Wägezelle zeigt,
Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer zu Vergleichszwecken gezeigten Wägezelle,
Fig. 7 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, die eine modifizierte Form von Teilen der Wägezelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die jeweils den feststehenden oder beweglichen unelastischen Körper ausbilden,
Fig. 8 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, die eine modifizierte Form von Teilen der Wägezelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die jeweils eines der Trägerelemente ausbilden, und
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, welche die Wägezelle gemäß dem Stand der Technik zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine bei einer Lastzelle gemäß der vorliegenden Erfindung angewendete Dehnungsinduktionseinheit oder dehnungsinduzierende Einheit 1 einen im Allgemeinen länglichen Aufbau hat, dessen Längsachse in einer durch den Pfeil X gezeigten Richtung liegt. Diese Dehnungsinduktionseinheit 1 hat einen feststehenden und einen beweglichen unelastischen Körper 2 beziehungsweise 3, die jeweils entgegengesetzte Enden der Dehnungsinduktionseinheit 1 einnehmen, die voneinander in ihrer Längsrichtung X beabstandet sind. Diese Dehnungsinduktionseinheit 1 weist einen im Allgemeinen rechteckigen plattenartigen Körper 30 mit einer im Allgemeinen rechtwinkligen Öffnung 31, die wie nachstehend beschrieben definiert ist, und einen im Allgemeinen länglichen oberen (ersten) und einen im Allgemeinen länglichen unteren (zweiten) Plattenaufbau 12 beziehungsweise 22 mit einem im Wesentlichen identischen Aufbau auf. Der obere Plattenaufbau 12 ist oberhalb des unteren Plattenaufbaus 22 so positioniert, dass ein Hohlraum mit im Allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt zwischen ihnen definiert ist.
Die entgegengesetzten Endabschnitte des plattenartigen Körpers 30 definieren jeweils einen einen unelastischen Körper ausbildenden Bereich 70 beziehungsweise 71, die in der Längsrichtung X Voneinander beabstandet sind; wobei die entgegengesetzten Endabschnitte des oberen Plattenaufbaus 12 mit dem einstückigen Aufbau einen feststehenden und einen beweglichen einen unelastischen Körper ausbildenden Bereich 10 beziehungsweise 11 definieren, die durch einen oberen Balken 4 verbunden sind; und die entgegengesetzten Endabschnitte des unteren Plattenaufbaus 22 mit dem einstückigen Aufbau jeweils einen feststehenden beziehungsweise einen beweglichen einen unelastischen Körper ausbildenden Bereich 20 beziehungsweise 21 definieren, die durch einen unteren Balken 4 verbunden sind. Die Zwischenplatte 30 ist zwischen dem oberen und dem unteren Plattenaufbau 12 und 22 sandwichartig angeordnet, wobei die feststehenden den unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 70, 10 und 20 fest miteinander verbunden sind, um den beweglichen unelastischen Körper 30 der Dehnungsinduktionseinheit 1 zu definieren, und wobei außerdem die den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 71, 11 und 21 feststehend miteinander verbunden sind, um den feststehenden unelastischen Körper der Dehnungsinduktionseinheit 1 zu definieren. Der aus einem einzelnen Plattenelement hergestellte Körper 30 hat eine im Allgemeinen rechtwinklige Öffnung 31, die an einem Ort in der Mitte der Länge des Körpers 30 definiert ist. Ein Dehnungssensor 40 ist an den den unelastischen Körper ausbildenden Bereichen 70 und 71 des plattenartigen Körpers 30 so fixiert, dass er die Öffnung 31 überbrückt.
Bei diesem Aufbau ist der Hohlraum mit dem im Allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt, der zwischen dem oberen und dem unteren Plattenaufbau 12 und 22 definiert ist, in Bezug auf seinen Aufbau unter Bezugnahme auf seinem geometrischen Mittelpunkt C symmetrisch und ist, wobei der plattenartige Körper 30 zwischen dem oberen und dem unteren Plattenaufbau 12 und 22 angeordnet ist, in eine obere und eine untere Aushöhlung mit einer identischen und symmetrischen Form geteilt; wobei die obere Aushöhlung zwischen dem oberen Plattenaufbau 12 und dem plattenartigen Körper 30 definiert ist und die untere Aushöhlung zwischen dem unteren Plattenaufbau 22 und dem plattenartigen Körper 30 definiert ist. Der plattenartige Körper 30 hat einen Ausschnitt P, der in ihm definiert ist und die geometrische Mitte C enthält.
Somit hat die Dehnungsinduktionseinheit leinen Dreilagenaufbau, bei dem der plattenartige Körper 30 zwischen dem oberen und dem unteren Aufbau 12 und 20 angeordnet ist, während der Dehnungssensor 40 im Wesentlichen in der Mitte der Höhe der Dehnungsinduktionseinheit 1 (gemessen in einer Richtung, die mit einer vertikalen Achse Z senkrecht zu der Längsachse X übereinstimmt) und in Ausrichtung mit der Mittellinie OX positioniert ist, die parallel zu der Längsachse X ist und über die geometrische Mitte C tritt.
Nun werden die Details von verschiedenen Einzelteilen der dehnungsinduzierenden Einheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, die eine Explosionsdarstellung der dehnungsinduzierenden Einheit 1 zeigt.
Das obere Plattenbauteil 12 hat entgegengesetzte Endabschnitte, welche die entsprechenden den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 10 und 11 bilden. Jeder der entgegengesetzten Endabschnitte, das heißt die den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 10 und 11 des oberen Plattenbauteils 12 ist durch eine obere Wand 10a oder 11a, ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 10b oder 11b, die im wesentlichen senkrecht zu der oberen Wand 10a oder 11a sind, und ein Paar von Flanschen 10c oder 11c gebildet, die seitlich aus den zugehörigen Seitenwänden 10b oder 11b hervorstehen und in einer Ebene parallel zu der oberen Wand 10a oder 11a liegen. Die oberen Wände 10a und 11a der entsprechenden den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 10 und 11 sind mit Hilfe des oberen Trägers 4 miteinander verbunden, welcher durch eine obere Wand 4a, die auf gleicher Höhe mit jeder der oberen Wände 10a und 11b ist, und ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 4b gebildet wird, die senkrecht zu der oberen Wand 4a sind. Dieses obere Plattenbauteil 12 hat zwei Paare von Kerben, die im allgemeinen mit, 5 bezeichnet werden, wobei jedes Paar bezüglich der Längsachse des oberen Plattenbauteils 12 auf einer Seite von diesem positioniert ist, um zwischen den oberen Wänden 10a und 4a und zwischen den oberen Wänden 11a und 4a zwei eingeengte Bereiche 6 mit reduzierter Breite auszubilden.
Es ist festzuhalten, daß das obere Plattenbauteil 12 gemäß der vorhergehend beschriebenen Konstruktion mit Bezug auf eine vertikale Ebene, die sowohl die Längsachse X als auch die vertikale Achse Z enthält, und auch mit Bezug auf eine vertikale Ebene, die eine Achse Y enthält, die sich in deren Breitenrichtung so erstreckt, dass sie über den geometrischen Mittelpunkt C tritt, während sie sich senkrecht zu sowohl der Längsachse X als auch der vertikale Achse Z erstreckt, in der Form symmetrisch ist, und daß jeder der eingeengten Bereiche 6 verglichen mit dem übrigen Abschnitt des oberen Plattenbauteils 12 eine reduzierte Elastizität hat und deshalb einen dehnungsinduzierenden Bereich ausbildet, in welchem leicht Spannungen aufzubauen sind. Es ist außerdem festzustellen, daß jede der entsprechenden oberen Wände 10a und 11a der den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereiche 10 und 11 ein Schraubenloch 10d und 11d aufweist, das in diesen ausgebildet ist, um durch dieses hindurch eine entsprechende Durchsteckschraube (nicht gezeigt) hindurchzuführen.
In ähnlicher Weise hat das untere Plattenbauteil 22 hat entgegengesetzte Endabschnitte, welche die entsprechenden den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 20 und 21 bilden. Jeder der gegenüberliegenden Endabschnitte, das heißt die den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 20 und 21 des unteren Plattenbauteils 22 ist durch eine untere Wand 20a oder 21a, ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 20b oder 21b; die im wesentlichen senkrecht zu der unteren Wand 20a oder 21a sind, und ein Paar von Flanschen 20c oder 21c gebildet, die seitlich aus den zugehörigen Seitenwänden 20b oder 21b hervorstehen und in einer Ebene parallel zu der unteren Wand 20a oder 21a liegen. Die unteren Wände 20a und 21a der entsprechenden den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 20 und 21 sind mit Hilfe des unteren Trägers 4 miteinander verbunden, welcher durch eine untere Wand 4a, die auf gleicher Höhe mit jeder der unteren Wände 20a und 21b ist, und ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 4b gebildet wird, die senkrecht zu der unteren Wand 4a sind. Dieses untere Plattenbauteil 22 hat zwei Paare von Kerben, die im allgemeinen mit 5 bezeichnet werden, wobei jedes Paar bezüglich der Längsachse des unteren Plattenbauteils 22 auf einer Seite von diesem positioniert ist, um zwischen den unteren Wänden 20a und 4a und zwischen den unteren Wänden 21a und 4a zwei eingeengte Bereiche 6 mit reduzierter Breite auszubilden.
Es sollte hierbei beachtet werden, dass der untere Plattenaufbau 22 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau einen Aufbau hat, der im Wesentlichen mit dem oberen Plattenaufbau 12 identisch ist, wobei seine Form in Bezug auf die vertikale Ebene, die sowohl die Längsachse als auch die vertikale Achse X und Z enthält, und ebenfalls in Bezug auf eine vertikale Ebene, die die Achse Y enthält, die sich in ihrer Breitenrichtung so erstreckt, dass sie über die geometrische Mitte C tritt, während sie sich senkrecht zu sowohl der Längsachse als auch der vertikalen Achse X beziehungsweise Z erstreckt, symmetrisch ist, und dass jeder der eingeengten Bereiche 6 verglichen mit dem übrigen Abschnitt des unteren Plattenbauteils 22 eine reduzierte Elastizität hat und deshalb einen dehnungsinduzierenden Bereich ausbildet, in welchem Spannungen leicht aufzubauen sind. Es ist außerdem festzustellen, daß jede der entsprechenden unteren Wände 20a und 21a der den feststehenden und den beweglichen unelastischen Körper bildenden Bereiche 20 und 21 ein Schraubenloch 20d und 21d aufweist, das in diesen ausgebildet ist, um durch dieses hindurch eine entsprechende Kopfschraube (nicht gezeigt) hindurchzuführen.
Der plattenartige Körper 30 in der Form einer einzelnen Platte, der vorstehend beschrieben ist, hat die darin definierte rechtwinklige Öffnung 31 an einem Ort in der Mitte seiner Länge. Das Ausbilden der rechtwinkligen Öffnung 31 in dem plattenartigen Körper 30 trennt die den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereiche 70 und 71 an den jeweiligen Seiten der rechtwinkligen Öffnung 31 in der Längsrichtung X. Genauer gesagt hat der hierbei gezeigte plattenartige Körper 30 einen herausgestanzten Zwischenabschnitt, um die im Allgemeinen rechtwinklige Öffnung 31 in ihm zu definieren, während ein Paar an gegenüberstehenden Verbindungsstreifen 30b belassen bleibt, die voneinander in der Breitenrichtung Y beabstandet sind. Die gegenüberstehenden Umfangsrippenbereiche des plattenartigen Körpers 30, die die Öffnung 31 definieren, und voneinander in der Längsrichtung X beabstandet sind, bilden jeweilige Halterungen 30a die entgegengesetzte Enden des Dehnungssensors 40 sind, an den jeweiligen Halterungen 30a geschweißt, um zu ermöglichen, dass der Dehnungssensor 40 durch den plattenartigen Körper 30 derart gestützt ist, dass dieser die Öffnung 31 überbrückt.
Zur Vervollständigung der dehnungsinduzierenden Einheit 1 wird der plattenartige Körper 30 mit dem eingebauten Dehnungssensor 40 zwischen das obere und das untere Plattenbauteil 12 und 22 sandwichartig eingefügt, wobei die Flansche 10c und 11c des oberen Plattenbauteils 12 mit den zugehörigen Flanschen 20c und 21c des unteren Plattenbauteils 22 miteinander punktverschweißt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden entgegengesetzte Seitenkantenabschnitte des plattenartigen Körpers 30 auf der entsprechenden Seite der Unterlage 30a zwischen die Flansche 10c und 11c des oberen Plattenbauteils 12 und die Flansche 20c und 21c des unteren Plattenbauteils 12 sandwichartig eingelegt und dann an diese gechweißt.
In dieser Weise ist die Dehnungsinduktionseinheit 1 mit dem Dehnungssensor 40 vollständig zusammengebaut.
Die dehnungsinduzierende Einheit 1 gemäß der vorhergehend beschriebenen Konstruktion, ist derart gestaltet und strukturiert, daß ein Roberval-Parallelbewegungsmechanismus gebildet wird, wie es bei der in 19 gezeigten Konstruktion der Fall ist. Die dehnungsinduzierende Einheit 1 ist also derart gestaltet und derart aufgebaut, daß die dehnungsinduzierende Einheit 1, wenn auf den beweglichen unelastischen Körper 3 eine Last aufgebracht wird, einer beträchtlichen Biegung um die vier eingeengten oder dehnungsinduzierenden Bereiche 6 in dem oberen und unteren Plattenbauteilen 12 und 22 unterzogen wird, während sich der bewegliche unelastische Körper 3 nach unten und im allgemeinen parallel relativ zu dem feststehenden unelastischen Körper 2 bewegt.
Zur detaillierten Diskussion des Dehnungssensors 40 wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, der Dehnungssensor 40 weist ein Substrat 41 aus einem metallischen Material in der Form einer im allgemeinen rechtwinkligen dünnen Platte auf, deren entgegengesetzte Seitenkantenabschnitte mit entsprechenden Paaren von Kerben versehen sind, die im allgemeinen mit 41a bezeichnet sind. Die Kerben 41a jedes Paars sind miteinander ausgerichtet, um zwischen den Kerben 41a des entsprechenden Paars einen zugehörigen eingeengten Bereich 41b zu belassen, der sich von dem zugehörigen Seitenrand des Metallsubstrates 41 so nach innen erstreckt, dass er sich in der Breitenrichtung Y senkrecht zu der Längsachse X des Metallsubstrates 41 erstreckt. Jeder eingeengte Bereich 41b dient als Niedrigsteifigkeitsbereich, an dem Dehnungen mit Leichtigkeit aufgebaut werden.
Dieser Dehnungssensor 40 weist außerdem eine dehnungserfassende Einheit 43 auf, das mittels einer elektrischen Isolatorschicht 42 an dem Metallträger 41 befestigt ist, und sich im allgemeinen zwischen den eingeengten oder spannungserzeugenden Bereichen 41b erstreckt. Die dehnungserfassende Einheit 43 wird durch Auftragen einer elektrisch leitfähigen Metallfolie in einem festgelegten Muster auf die elektrische Isolatorschicht 42 unter Nutzung von beispielsweise einem Schaltungsdruckverfahren oder eines Lithografieverfahrens ausgebildet und enthält ein Paar von dehnungserfassenden Widerstandselementen 43a und elektrischen Leitern 43b, welche die dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a mit einem Flachkabel oder einem flexiblen Bandkabel 44 verbinden, das eine entsprechende Anzahl von mit den Leitern 43b verbundenen oder anderenfalls gelöteten elektrischen Leitungen hat. Diese dehnungserfassende Einheit 43 ist derart gestaltet, daß jeweils eine Änderung im Widerstand der zugehörigen dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a anzeigende elektrische Signale mittels des Flachkabels 44 ausgegeben werden können, wenn eine Dehnung auf die dehnungserfassende Einheit 43 wirkt. Die dehnungserfassende Einheit 43 auf der elektrisch isolierenden Schicht 42 ist vorzugsweise mittels eines schützenden Überzugs 45 aus einem beliebigen geeigneten elektrisch isolierenden Material geschützt.
Wenn beschreibungsgemäß auf einen Waagentisch eine Last aufgebracht wird, wird, wie dies nachstehend beschrieben ist, der in Fig. 1 gezeigte bewegliche unelastische Körper 3 relativ zu dem feststehenden unelastischen Körper 2 nach unten verschoben, was von einer entsprechenden Abwärtsbewegung der Unterlage 30a des plattenartigen Körpers 30 benachbart zu dem beweglichen unelastischen Körper 3 relativ zu der Unterlage 30a des plattenartigen Körpers 30 benachbart zu dem feststehenden unelastischen Körper 2 begleitet wird. Wenn diese Abwärtsverschiebung des beweglichen unelastischen Körpers 3 relativ zu dem feststehenden unelastischen Körper 2 stattfindet, wird der Dehnungssensor 40 auf eine im allgemeinen die Form eines Zeichens "S" unter Betrachtung von der Seitenrichtung SDzeigende Weise verformt, mit der Konsequenz, daß angrenzend dem feststehenden unelastischen Körper 2 eine Zugspannung auf den eingeengten oder dehnungserzeugenden Bereich 41b (Fig. 3) des Metallträgers 41 wirkt, wohingegen angrenzend dem beweglichen unelastischen Körper 3 auf den Niedrigsteifigkeitsbereich 41b des Metallträgers 41 ein Druck wirkt. Diese Verformung des Dehnungssensors 40 resultiert in entsprechenden Änderungen im Widerstand der elektrischen Widerstandselemente 43a, welche im wesentlichen mittels einer in Fig. 4 gezeigten Wheatstonebrücken-Netzwerk ausgegeben werden.
Somit sind gemäß Fig. 4 die elektrischen Widerstandselemente 43a über einen Anschluß Jc in Reihe miteinander verbunden, um einen Reihenschaltkreis auszubilden, welcher wiederum mit einem Reihenschaltkreis von Blindwiderständen 14 verbunden ist, die über einen Anschluß Jd miteinander verbunden sind, um somit das Wheatstonebrücken-Netzwerk auszubilden. Bei diesem in Fig. 4 gezeigten Wheatstonebrücken-Netzwefk wird eine festgelegte Spannung E zwischen einem Anschluß Ja von einem der dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a an einen der Blindwiderstände 14 und einen Anschluß Jb des anderen der dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a an den anderen der Blindwiderstände 14 angelegt, zwischen den Anschlüssen Jc und Jd kann eine Ausgangsspannung e, das heißt ein elektrisches Ausgangssignal als eine Funktion der auf diese aufgebrachten Last in Übereinstimmung mit einer Änderung des Widerstands jedes der dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a erzeugt werden. Dieses elektrisch Ausgangssignal wird schließlich bearbeitet, um eine Messung der auf die dehnungsinduzierende Einheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeübte Last zu veranlassen.
Der in Fig. 3 gezeigte Dehnungssensor 40 ist mittels des plattenartigen Körpers 30 innerhalb des Hohlraums mit rechtwinkligem Querschnitt gehalten, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wobei entgegengesetzte Endabschnitte 41c des Metallträgers 41 unter Nutzung eines beliebigen geeigneten Schweißverfahrens wie zum Beispiel eines YAG-Schweißverfahrens oder eines Elektronenstrahl-Schweißverfahrens an den entsprechenden Unterlagen 30a befestigt und an diese punktgeschweißt werden.
Gemäß Fig. 5 ist die dehnungsinduzierende Einheit 1 mittels einer Kopfschraube 50a, die den feststehenden unelastischen Körper 2 passiert und von oben an einer Grundplatte 51 befestigt ist, in einem zusammengebauten Zustand an der Grundplatte 51 befestigt, die einen Teil einer elektronischen Waage bildet. Andererseits ist die dehnungserfassende Einheit 1 mittels einer Kopfschraube 50b, die durch den beweglichen unelastischen Körper 3 verläuft und von unten an dem Waagentisch 52 befestigt ist, an einem Waagentisch 52 befestigt, der auch einen anderen Teils der elektronischen Waage bildet. Folglich ist leicht verständlich, daß sich, wenn ein zu wägender Gegenstand auf dem Waagentisch 52 angeordnet wird, der bewegliche unelastische Körper 3 nach unten und im allgemeinen parallelrelativ zu dem feststehenden unelastischen Körper bewegt, wie mittels der Strichpunktlinie 1A gezeigt ist, was von einer Erzeugung eines wesentlichen Betrags der Dehnung begleitet wird, welcher mittels des Dehnungssensors 40 erfaßt wird. Auf diese Weise wird die auf den beweglichen unelastischen Körper 3 ausgeübte Last, das heißt das Gewicht des zu wägenden Gegenstands, der auf dem Waagentisch 52 angeordnet ist, mit Hilfe der Bearbeitung des von dem Dehnungssensor 40 erzeugten elektrischen Ausgangssignals gemessen.
Zur Herstellung des Dehnungssensors 40 kann vorzugsweise ein Verfahren angewandt werden, welches die Schritte der Ausbildung einer Vielzahl von dehnungserfassenden Einheiten 43 auf einer einzelnen Metallmatrix und dem dann folgenden Schneiden der Metallmatrix aufweist, um die einzelnen Dehnungsdetektor- Baugruppen 40 zu produzieren, die jeweils den Metallträger oder Metallsubstrat 41 mit der darauf ausgebildeten dehnungserfassenden Einheit 43 enthalten. Dieses Verfahren gestattet die Herstellung einer Vielzahl der Dehnungssensoren 40 unter Anwendung einer einzelnen Metallmatrix und ist deshalb vorteilhaft in Hinsicht auf die Produktivität.
Die dehnungsinduzierende Einheit 1, die das obere und untere Plattenbauteil 12 und 22 und das erste und den plattenartigen Körper 30 enthält, ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, aber kann aus einem beliebigen anderen geeigneten Metall Wie zum Beispiel Aluminium gefertigt sein. Der einen Teil des Dehnungssensors 40 bildende Metallträger 41 ist vorzugsweise aus dem gleichen Metall gefertigt, wie es für die dehnungsinduzierende Einheit 1 genutzt wird, das heißt aus rostfreiem Stahl, aber kann auch aus einem beliebigen anderen geeigneten Metall wie zum Beispiel Aluminium gefertigt sein.
Die einen anderen Teil des Dehnungssensors 40 bildende elektrische Isolatorschicht 42 kann aus einem beliebigen synthetischen Harz wie zum Beispiel Polyimidharz, Polyesterharz oder Epoxidharz gefertigt sein, das elektrisch isolierende Eigenschaften hat
Die außerdem einem anderen Teil des Dehnungssensors 40 bildenden dehnungserfassenden Widerstandselemente 43a sind aus einem Metall wie zum Beispiel Tantalnitrid, einer Kupfer-Nickel- Legierung oder einer Nickel-Chrom-Legierung gefertigt, während die Leiter 43b aus einem Metall gefertigt sind, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit wie zum Beispiel Aluminium hat.
Der zur Abdeckung des Dehnungssensors 40 auf der elektrischen Isolatorschicht 42 abgelagerte schützende Überzug 45 ist aus einem beliebigen synthetischen Harz wie zum Beispiel einem Lötabdecklack, Butylgummi und Silikongummi oder einer Kombination von diesen gefertigt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wirkt der bei der in Fig. 1 gezeigten Dehnungsinduktionseinheit 1 angewendete plattenartige Körper 30 in der nachstehend beschriebenen Weise. Wenn der den beweglichen unelastischen Körper bildende Bereich 71 des plattenartigen Körpers 30 relativ zu dem den feststehenden unelastischen Körper bildenden Bereich 70 von ihm proportional zu der aufgebrachten Last nach unten verschoben wird, wird die Dehnung mit einem proportional zu der aufgebrachten Last stehenden Betrag von der Dehnungserfassungseinheit 43 erzeugt, die sich an den Niedrigsteifigkeitsbereichen 41b des Dehnungssensors 40 befindet. Die somit erzeugte Dehnung wird in ein elektrisches Signal durch die in Fig. 4 gezeigte Schaltung umgewandelt.
Außerdem haben das obere und das untere Plattenbauelement 12 und 22, die in Fig. 2 gezeigt sind, die dehnungsinduzierenden Bereiche 6, die zwischen den oberen Wänden 10a und 4a bei dem oberen Plattenaufbau 12 und zwischen den unteren Wänden 20a und 4a bei dem unteren Plattenaufbau 22 definiert sind, so dass der bewegliche unelastische Körper 3 sich nach unten und im Allgemeinen parallel relativ zu dem feststehenden unelastischen. Körper 2 in Übereinstimmung mit der auf ihn aufgebrachten Last bewegen kann. Da die Dehnungsinduktionseinheit 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau einen symmetrischen Aufbau in Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt C hat (siehe Fig. 1) erlaubt dies der Dehnungsinduktionseinheit 1 als Ganzes, den Roberval-Parallelbewegungsmechanismus zu bilden, wobei die in der Dehnungserfassungseinheit 43 induzierte Dehnung genau der zu messenden Last proportional ist und daher eine genaue Erfassung der Last vorteilhafter Weise bei einem minimalen nachteiligen Effekt einer Bewegung der Last verwirklicht werden kann.
Da außerdem das Metallsubstrat 41 des Dehnungssensors 40 ausgerichtet mit der Mittellinie OX parallel zu der Längsrichtung der Dehnungsinduktionseinheit 1 angeordnet ist und an einem Ort im Wesentlichen in der Mitte der Höhe der Dehnungsinduktionseinheit 1 positioniert ist, kann das Ausmaß, mit dem der Dehnungssensor 40 durch das an der Dehnungsinduktionseinheit 1 wirkende Biegemoment nachteilig beeinflusst werden kann, vorteilhafter Weise genau minimiert werden, was zu einer Zunahme bei der Lasterfassungsgenauigkeit führt. Es sollte hierbei beachtet werden, dass, da das einen Teil des Dehnungssensors 40 bildende Metallsubstrat 41 kein Aufbauelement zum Stützen der aufgebrachten Last ist, es möglich ist, dieses in der Form eines dünnen Plattenelementes anzuwenden, und außerdem kann das Metallsubstrat 41 des Dehnungssensors 40 so nahe wie möglich an der Mittellinie OX positioniert werden.
Da überdies der einen Teil des in Fig. 3 gezeigten Dehnungssensors 40 bildende Metallträger die Form einer dünnen Metallplatte hat, welche die Niedrigsteifigkeitsbereiche 41b aufweist, welche die Dehnung als ein Ergebnis des Spannungsaufbaus erzeugen, und die dehnungserzeugende Einheit 43 in diesem Niedrigsteifigkeitsbereich 41b positioniert ist, wirkt ein wesentlich erhöhter Betrag der Dehnung auf die dehnungserzeugende Einheit 43, was es ermöglicht, eine präzise und genaue Erfassung der Last zu erzielen.
Da die Metallplatte 41 eine ausreichend geringe Dicke hat und außerdem eine Querschnittsfläche S hat, welche von einer Größe ist, die klein genug ist, um die Möglichkeit zu vermeiden, daß der in der dehnungsinduzierenden Einheit 1 induzierte Betrag der Dehnung nachteilig beeinflußt wird, wird außerdem die Genauigkeit der Lasterfassung nicht reduziert.
Darüber hinaus ist, während die Dehnungserfassungseinheit 1 von Fig. 1 im Wesentlichen aus Metall hergestellt ist, die in Fig. 3 gezeigte Dehnungserfassungseinheit 43 des Dehnungssensors 40 an dem Metallsubstrat 41 ausgebildet, der wiederum in der Dehnungsinduktionseinheit 1 unter Verwendung eines Schweißverfahrens in der vorstehend beschriebenen Weise montiert ist. Der angewendete Schweißvorgang zum Sichern des Dehnungssensors 40 an dem plattenartigen Körper 30 bring ein leichtes mechanisches Handhaben mit sich und daher kann die Produktivität der erfindungsgemäßen Wägezelle vorteilhafter Weise erhöht werden.
Außerdem wird das ein Teil des Dehnungssensors 40 bildende Metallsubstrat 41 mit dem platteriartigen Körper 30 lediglich durch seine entgegengesetzten Endabschnitte 41c in Kontakt gehalten, die an den zugehörigen Halterungen bzw. Unterlagen 30a des plattenartigen Körpers 30 geschweißt werden, wobei ein Hauptabschnitt des Metallsubstrates 41 außer Kontakt mit dem plattenartigen Körper 30 gehalten wird. Daher ist das Metallsubstrat 41 gegenüber einer möglichen durch die Last induzierten Verformung wesentlich unempfindlich, die ansonsten auftreten würde, wenn eine große Rückseitenfläche des Metallsubstrates 41 gegenüberstehend dem Dehnungssensor 40 in einen Reibungskontakt mit dem plattenartigen Körper 30 gebracht wird, wodurch ein Erzielen einer genauen Erfassung der Last möglich wird.
Unter der Berücksichtigung, dass das Metallsubstrat 41, an dem die Dehnungserfassungseinheit 43 durch die Elektroisolationslage 42 ausgebildet ist, aus dem gleichen metallischen Material das heißt aus rostfreiem Stahl wie jenes für die Dehnungsinduktionseinheit 1 hergestellt ist, zeigt das Metallsubstrat 41 den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie die Dehnungsinduktionseinheit 1, und daher können jegliche möglichen Veränderungen in Bezug auf den durch die Dehnungserfassungseinheit 43 erfassten Dehnungsbetrag, die als ein Ergebnis der Umgebungstemperaturänderung unabhängig von der durch die Last induzierte Dehnung auftreten würde, minimal gestaltet oder im Wesentlichen beseitigt werden wobei der Dehnungssensor 40 fölglich eine günstige Temperaturabhängigkeitseigenschaft aufzeigt.
Da die entgegengesetzten Endabschnitte des Metallträgers 41 derart an den plattenartigen Körper 30 geschweißt sind, daß der Bereich der dehnungserfassenden Einheit 43 getrennt von und zwischen dem plattenartigen Körper 30 positioniert ist, wird die dehnungserfassende Einheit 43 überdies durch die erhöhte Temperatur bei einem Vorhandensein der während der Schweißtätigkeit erzeugten Schweißwärme nicht nachteilig beeinflußt und nicht in unerwünschter Weise verformt.
Die Anwendung des schützenden Überzugs 45, der die dehnungserfassende Einheit 43 abdeckt, dient dazu, jede mögliche Reduzierung im Erfassungsvermögen der dehnungserfassenden Einheit 43 zu vermeiden, welche bei nachteiliger Beeinflussung durch Feuchtigkeit auftreten könnte, wodurch eine stabile Funktionsweise der dehnungserfassenden Einheit 43 für eine längere Zeitdauer gesichert wird.
Da das Punktschweißverfahren zur Befestigung des Metallträgers 41 an dem plattenartigen Körper 30 genutzt wird, ist außerdem die gesamte durch Punktschweißverbindungen zwischen dem Metallträger 41 und dem plattenartigen Körper 30 eingenommene. Oberfläche viel kleiner als die Fläche, welche eingenommen werden würde, wenn ein Nahtschweißen ausgeführt wird. Wenn das eine große Schweißfläche einnehmende Nahtschweißverfahren angewandt wird, um den Metallträger 41 an den plattenartigen Körper 30 zu schweißen, ist die Möglichkeit gegeben, daß eine Abweichung, die zwischen dem Metallträger 41 und dem plattenartigen Körper 30 auftritt, wenn die dehnungsinduzierende Einrichtung 1 einer Verformung unterzogen wird, nicht ausreichend absorbiert wird, und ein Reibungskontakt zwischen dem Metallträger 41 und dem plattenartigen Körper 30 eine Verformung der dehnungsinduzierenden Einheit 1 gemäß der auf diese ausgeübten Last behindern würde. Die Nutzung des Punktschweißverfahrens, das zum Schweißen des Metallträgers an den plattenartigen Körper 30 eine kleine Schweißfläche einnimmt, ist wirksam, um eine derartige Möglichkeit zu vermeiden, was es ermöglicht, die präzise und genaue Lasterfassung zu sichern.
Da außerdem die Schweißfläche beim Punktschweißen, verglichen mit dem Nahtschweißen, klein ist, werden innere Spannungen unterdrückt, welche in dem Metallträger 41 auftreten würden, wodurch eine nachteilige Wirkung der inneren Spannungen auf die Verformung der dehnungsinduzierenden Einrichtung 1 minimiert wird. Da außerdem das YAG-Schweißverfahren nicht zu einem Aufbau von Schweißdehnungen in der Nähe der geschweißten Stellen führt, wird die Linearität der Verformung der dehnungsinduzierten Einheit 1 nicht verschlechtert.
Da die dehnungsinduzierende Einheit 1 als Ganzes ein symmetrisches Profil bezug auf den geometrischen Mittelpunkt C hat, können überdies sowohl das obere Plattenbauteil 12 als auch das untere Plattenbauteil 22, welche jeweils den oberen und unteren Abschnitt des feststehenden und beweglichen unelastischen Körpers 2 und 3 bilden, unter Nutzung eines einzigen und des gleichen Prägestempels und Stanzstempels hergestellt werden, und deshalb dient die vorliegende Erfindung dazu, die Produktion der dehnungsinduzierenden Einheit 1 und daher der Wägezelle, bei welche diese genutzt wird, begleitet von einer Reduzierung der Herstellungskosten der Wägezelle, zu steigern.
Da außerdem der plattenartige Körper 30 in der Form des Plattenelementes angewendet wird, kann er durch ein einfaches zweidimensionales Bearbeiten erhalten werden, und daher ist die Produktivität hoch.
Erneut wird darauf hingewiesen, dass, da der plattenartige Körper 30 die Form einer einzelnen Metallplatte mit der darin definierten Öffnung 31 hat, der Dehnungssensor 40 an dem plattenartigen Körper 30 so montiert ist, dass er die Öffnung 31 überbrückt. Dem gemäß macht im Vergleich zu dem in Fig. 6 gezeigten Vergleichsbeispiel, bei dem der plattenartige Körper in der Form eines ersten und eines zweiten plattenartigen Körpers 30A und 30B angewendet ist, der jeweils durch einen feststehenden unelastischen Körper 2 und einem beweglichen unelastischen Körper 3 so gestützt ist, dass ein Zwischenraum P zwischen diesem ersten und dem zweiten plattenartigen Körper 3A und 3B ausgebildet ist und ein Dehnungssensor 40 so montiert ist, dass dieser Zwischenraum P überbrückt ist, die vorliegende Erfindung das Erfordernis überflüssig, dass die drei Elemente das heißt der erste und der zweite plattenartige Körper 30A und 30B und der Dehnungssensor 40 relativ zueinander genau positioniert sein müssen, wie dies in dem in Fig. 6 gezeigten Vergleichsbeispiel erforderlich ist. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Erfindung lediglich das Montieren des Dehnungssensors 40 an dem plattenartigen Körper 30 in der vorstehend beschriebenen Weise erforderlich, wobei kein kompliziertes und zeitaufwendiges Positionieren erforderlich ist. Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Dehnungssensor 40 relativ zu dem einzelnen plattenartigen Körper 30 leicht positioniert werden, was mit einer erhöhten Leichtigkeit beim Zusammenbau der Wägezelle mit einer erhöhten Produktivität verbunden ist.
Wenn gemäß dem in Fig. 6 gezeigten Vergleichsbeispiel der erste und zweite plattenartige Körper 30A und 30B zwischen dem oberen und dem unteren Plattenaufbau 12 und 22 sandwichartig angeordnet werden, während ein Zusammenbaufehler zwischen dem ersten und dem zweiten plattenartigen Körper 30A und 30B vorhanden ist, das heißt während der erste und der zweite plattenartige Körper 30A und 30B relativ zueinander verschoben sind, werden die jeweiligen Positionen, an denen der erste und der zweite plattenartige Körper 30A und 30B verschoben sind, durch den oberen und den unteren Plattenaufbau 12 und 22 so reguliert, dass eine unnötige Ausgangsbelastung an dem Dehnungssensor 40 als ein Ergebnis des Vorhandenseins des Zusammenbaufehlers wirken wird.
Wenn dies auftritt, kann der Dehnungssensor 40 beschädigt werden oder verursacht eine ungenaue Messung, die von einer Reduzierung der Lasterfassungsgenauigkeit begleitet wird. Diese Möglichkeit tritt gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf.
Da darüber hinaus der Dehnungssensor 40 an dem einzelnen plattenartigen Körper 30 befestigt ist, um die in diesem ausgebildete Öffnung 31 zu überbrücken, und die sich ergebende Baugruppe nachfolgend zwischen dem oberen und unteren Plattenbauteil 12 und 22 sandwichartig angeordnet wird, wirkt in der Praxis des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung keine unnötige Anfangslast auf den Dehnungssensor 40, was nicht nur in einem Anstieg der Haltbarkeit des Dehnungssensors 40 und daher der dehnungsinduzierenden Einheit 1, sondern auch in einer gesteigerten Lasterfassungsgenauigkeit resultiert.
Da insbesondere der plattenartige Körper 30 die Seitenverbindungsstreifen 30b benachbart den entgegengesetzten Enden der Öffnung 31 in deren Breitenrichtung hat, tritt ein Verdrehen des plattenartigen Körpers 30 um seine Längsachse, die sich in der Längsrichtung X erstreckt, kaum auf, und dem gemäß kann jeglicher mögliche Messfehler vorteilhafter Weise unterdrückt werden, der durch den Dehnungssensor 40 als ein Ergebnis des Verdrehens erzeugt werden würde.
Es sollte beachtet werden, dass, wenn in der Praxis der vorliegenden Erfindung die Größe von jedem der Verbindungsstreifen 130a, die die entgegengesetzten Endabschnitte des plattenartigen Körpers 30 verbinden, genau gewählt wird, nicht nur das Leistungsvermögen der Wägezelle in Bezug auf das Wiegen (die maximale erfassbare Last) mit Leichtigkeit verändert werden, sondern es kann auch eine Wärmeleitfähigkeit des Dehnungssensors 40 und der Dehnungsinduktionseinheit 1 als Ganzes gesteuert werden, wodurch der Dehnungsinduktionseinheit 1 ermöglicht wird, eine thermische Stabilität gegenüber einer Temperaturänderung aufzuzeigen. In dieser Weise kann unter Verwendung der Vielzahl an Dehnungssensoren 40 mit dem gleichen Aufbau eine Anzahl an Wägezellen mit ihrem eigenen Wiegeleistungsvermögen erzielt werden.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind sowohl das obere und untere Plattenbauteil 12 und 22 derart gezeigt und beschrieben worden, daß sie Flansche zur Verbindung des oberen und unteren Plattenbauteils miteinander haben, wobei der plattenartige Körper 30 zwischen ihnen sandwichartig angeordnet ist. Es kann jedoch jeder Endabschnitt jedes der oberen und unteren Plattenbauteile und der plattenartige Körper 30 gemäß einem in Fig. 7 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 werden keine Flansche angewandt, wie sie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
Nachstehend wird auf Fig. 7 bezug genommen, in welcher der Kürze halber nur ein Endabschnitt des oberen und unteren Plattenbauteils 102 und 103 gezeigt ist, welches den feststehenden oder beweglichen unelastischen Körper 200 bildet. Ein oberer Abschnitt sowohl des feststehenden unelastischen als auch des beweglichen Körpers 200 ist durch einen entsprechenden oberen den unelastischen Körper ausbildenden Bereich 201 ausgebildet, der eine obere Wand 201a und ein Paar gegenüberliegender Seitenwände 201b aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der oberen Wand 201a sind, und ist in ähnlicher Weise ein unterer Abschnitt sowohl des feststehenden unelastischen als auch des beweglichen Körpers 200 durch einen entsprechenden unteren den unelastischen Körper ausbildenden Bereich 202 ausgebildet, der eine obere Wand 202a und ein Paar gegenüberliegender Seitenwände 202b aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der unteren Wand 202a sind. Der plattenartige Körper 30 in der Form einer einzelnen Platte hat eine Breite entsprechend dem Abstand zwischen den Seitenwänden 201b des oberen und unteren den unelastischen Körper ausbildenden Bereichs 201 und 202, wobei deren Seitenkanten zwischen die Seitenwände 201b und 202b eingelegt sind, und in dieser Position verschweißt sind.
Gemäß der in Fig. 7 gezeigten und mit Bezug auf diese beschriebenen Modifikation ist es offensichtlich, daß die dehnungsinduzierende Einheit 101 das Merkmal eines leichten Gewichts aufweist, da sowohl bei dem oberen als auch bei dem unteren Plattenbauteil kein Flansch verwendet wird. Außerdem sind die Kerbenpaare bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung derart beschrieben worden, daß sie sowohl in dem oberen als auch in dem unteren Plattenbauteil ausgebildet sind, um die zwei eingeengten Bereiche (Niedrigsteifigkeitsbereiche) mit reduzierter Breite zu bilden.
Bei einer in Fig. 8 gezeigten zweiten modifizierten Form der vorliegenden Erfindung Modifikation hat jedoch sowohl das obere als auch das untere Plattenbauteil 312 und 322 der dehnungsinduzierenden Einheit 1 (in Fig. 8 ist nur das obere Teil 312 gezeigt) einen Trägerabschnitt 304, in welchem ein Paar von Schlitzen 305, die jeweils ein Paar von einander gegenüberliegenden abgerundeten Endabschnitten haben, derart ausgebildet sind, daß sie sich senkrecht zu der Längsachse des Plattenbauteils erstrecken, wodurch sie die Paare der eingeengten Bereiche (dehnungserzeugenden Bereiche) 306 belassen, wobei ein Paar auf jeder Seite von diesen liegt.
Obgleich der bei jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angewandte Dehnungssensor von dem Typ ist, der den Metallträger aufweist und bei welchem die Widerstandselemente unter Anwendung des Mustergebungsverfahrens mittels der isolierenden Schicht auf dem Metallträger ausgebildet werden, kann er einen Metallträger aufweisen, der im allgemeinen Interdigitalwandler hat, die auf einer dünnen Schicht mit piezoelektrischen Eigenschaften aufgeschichtet sind. Wenn dieser alternative Dehnungssensor benutzt wird, variiert die Resonanzfrequenz der sich in Abschnitten der piezoelektrischen Dünnschichten um die Interdigitalwandler ausbreitenden Oberflächen-Akustikwellen als eine Funktion des in dem Metallträger induzierten Betrags der Dehnung, und deshalb kann durch die Erfassung einer Änderung in der Resonanzfrequenz an der Zeitachse auf effektive Weise eine Anzeige des Betrags der tatsächlich in der dehnungsinduzierenden Einheit induzierten Dehnung geschaffen werden.
Außerdem kann der beschriebene und gezeigte Dehnungssensor, der an dem plattenartigen Körper so montiert ist, dass er die Öffnung indem plattenartigen Körper überbrückt, wobei die entgegengesetzten Enden an den jeweiligen Halterungen bzw. Unterlagen montiert sind, feststehend an dem plattenartigen Körper durch ein beliebiges anderes geeignetes Verbindungsverfahren beispielsweise durch die Anwendung eines Verbindungsmaterials montiert werden.

Claims

1. Wägezelle für eine Verwendung bei einem Erfassen einer darauf aufgebrachten Last, wobei die Wägezelle einen Körper (30), bei dem eine Dehnung als eine Funktion der aufgebrachten Last induziert wird, und einen Dehnungssensor (40) zum Erfassen der bei dem Körper (30) induzierten Dehnung aufweist;

wobei der Körper (30) ein Plattenelement mit einer Längsachse (X) ist, wobei der Dehnungssensor (40) an dem Körper (30) montiert ist, wobei der Körper (30) eine darin definierte Öffnung (31) an einem Ort in der Mitte der Länge des Körpers (30) derart hat, dass ein einen feststehenden unelastischen Körper ausbildender Bereich (70) an einem Ende von ihm, ein einen beweglichen unelastischen Körper ausbildender Bereich (71) an seinem zu dem den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) in der Längsrichtung (X) entgegengesetzten Hände von ihm und Seitenverbindungsstreifen (30b, 30b), die durch die Öffnung (31) voneinander in einer Breitenrichtung (Y) der Öffnung (31) beabstandet sind und den den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) und den den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (71) miteinander verbinden, definiert wird; und

der Dehnungssensor (40) entgegengesetzte Enden (41c) hat, die in der Längsrichtung (X) beabstandet sind, wobei der Dehnungssensor (40) an dem Körper (30) montiert ist, wobei seine entgegengesetzten Enden (41c) an dem den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) und den den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (71) befestigt ist.

2. Wägezelle gemäß Anspruch 1, wobei der Dehnungssensor (40) ein Substrat (41) und ein an dem Substrat (41) ausgebildetes Dehnungserfassungselement (43) zum Erfassen der Dehnung hat, und die entgegengesetzten Enden (41c) des Substrates (41) an dem den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) und dem den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (71) des Körpers (30) befestigt sind.

3. Wägezelle gemäß Anspruch 2, wobei das Substrat (41) Niedrigsteifigkeitsbereiche (41b) hat, wobei das Dehnungserfassungselement (43) an den Niedrigsteifigkeitsbereichen (41b) positioniert ist.

4. Wägezelle gemäß Anspruch 3, wobei die Niedrigsteifigkeitsbereiche (41b) in dem Substrat (41) so ausgebildet sind, dass sie sich in der Breitenrichtung(Y) erstrecken.

5. Wägezelle gemäß einem der. Ansprüche 3 und 4, wobei die Niedrigsteifigkeitsbereiche (41b) paarweise angewendet sind, wobei eines der Niedrigsteifigkeitsbereiche (41b) dieses Paares von dem anderen der Niedrigsteifigkeitsbereiche (41b) dieses Paares in einer parallel zu der Längsachse (X) stehenden Richtung beabstandet ist.

6. Wägezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die des weiteren ein oberhalb des Körpers (30) positioniertes erstes Element (12) und ein unterhalb des Körpers (30) positioniertes zweites Element (22) aufweist, wobei das erste Element (12) und das zweite Element (2) mit dem Körper (30) gekuppelt sind;

wobei das erste Element (12) einen einen feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (10), der mit dem den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) des Körpers verbunden ist, einen einen beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (11), der mit dem den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (71) des Körpers (30) verbunden ist, und einen oberen Balken (4), der den den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (10) des ersten Elementes (12) und den den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (11) des ersten Elementes (12) miteinander verbindet, hat; und

wobei das zweite Elemente (22) einen einen feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (20), der mit dem den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (70) des Körpers (30) verbindet, einen einen beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (21), der mit dem den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (71) des Körpers (30) verbunden ist, und einen unteren Balken (4), der den den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereich (20) des zweiten Elementes (22) und den den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereich (21) des zweiten Elementes (22) miteinander verbindet, hat.

7. Wägezelle gemäß Anspruch 6, wobei sowohl das erste Element (12) als auch das zweite Element (22) aus einem Plattenelement ausgebildet ist.

8. Wägemessinstrument mit:

der Wägezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; einem Grundelement (51) zum Stützen der den feststehenden unelastischen Körper ausbildenden Bereiche (70, 10, 20) der Wägezelle und

einem Lastaufnahmetisch (8), der mit den den beweglichen unelastischen Körper ausbildenden Bereichen (71, 11, 21) verbunden ist, um die aufgebrachte Last aufzunehmen.