DE8121719U1 - Kraftmesszelle mit einem selbstzentrierenden krafteinleituntgslied - Google Patents

Description

KraftmeBzelle mit einem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied

Die Neuerung bezieht sich auf eine KraftmeBzelle mit einem Krafteinleitungsknopf und mit einem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied.

Eine derartige KraftmeBzelle ist beispielsweise aus der DE-PS1B oB BBö bekannt. Dabei handelt es sich bei dem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied um einen Wälzkörper bestimmter Abmessungen, die einerseits bei einer Auslenkung des Krafteinleitungsgliedes die zur Selbstzentrierung benötigten Rückstellkräfte bewirken und andererseits eine Kompensation der Änderung der Meßempfindlichkeit der Kraftmeßzelle bedingen, die infolge der außermittigen Verlagerung des Krafteinleitungspunktes unvermeidbar ist. Wesentliche Nachteile dieser KraftmeBzelle sind darin zu sehen, daß nach einiger Zeit infolge der ständigen geringen Bewegingen des Wälzkörpers auf dem Krafteinleitungsknopf Grübchenbildung erfolgt, ähnlich wie bei einem nur geringe Bewejjjngen machenden Kugellager sich Rattermaiken bilden. Diese Grübchenbildung bewirkt eine diskontinuierliche Abrollbewegung des Wälzkörpers auf dem Krafteinleitungsknopf und damit Meßfehler. Außerdem werden impulsförmige Betetungen in Richtung der Achse der Kraftmeßzelle voll auf die Kraftmeßzelle übertragen.

Die in der DE-PS 1B oB 66B genannte Kraftmeßzelle weist eine punktförmige Krafteinleitung der Kraft in den Krafteinleitungsknopf auf. Diese punktförmige Krafteinleitung ist bisher als absolut notwendig angesehen worden, da eine flächige Krafteinleitung eine "Undefinierte und nicht reproduzierbare Krafteinleitung bleutet", was zu Dehnungen in der Kraftmeßzelle führt, die weder linear noch vorzeichenrichtig sind. Demgemäß war es eine Grundregel beim Bau einer Kraftmeßzelle: "Die Kraft ist möglichst punktförmig einzuleiten" (vgl. Christof Rohrbach, Handbuch für

Elektrisches Messen Mechanischer Größen, 1967, S. 499 und 5oo). Die Krafteinleitung erfolgt nach dem Stande der Technik demgemäß über Wälzkörper, Schneiden, Kugeln usw.. Dabei sind die Krafteinleitungen häufig nicht selbstzentrierend, so daß Abspannungen der Krafteinleitung benötigt werden. Bewegungen quer zur Meßachse der Kraftmeßzelle müssen häufig durch Pendelstützen, Vielkugellager oder ähnliches aufgefangen werden.

Demgegenüber liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßzelle mit einem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied zu schaffen, bei welchem keine Grübchenbildung auftritt und die darüberhinaus wirtschaftlich herstellbar ist.

Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der ftafteinleitungsknopf der Kraftmeßzelle und das Krafteinleitungsglied formschlüssig miteinander verbunden sind und daß das Krafteinleitungsglied ein an sich bekanntes Metall-Elastomer-Element ist. Die formschlüssige Verbindung des Metall-Elastomer-Elements und des Krafteinleitungsknopfes bewirken, daß keine Relativbewegung zwischen beiden mehr möglich ist, die Grübehenbildung unterbleibt also. Das Metall-Elastomer-Element bewirkt, daß trotzdem keine die Kraftmeßdose ζerstörandsn Querkräfte in dieselbe eingeleitet werden. Durch die Elastizität des Metall-Elastomer-Elements ist die Kraftmeßdose darüberhinaus selbstzentrierend, sie kann ebenfalls Verschiebungen des Krafteinleitungsgliedes quer zur Achse der Kraftmeßzelle aufnehmen. Die Vorteile der Neuerung zeigen sich besonders deutlich, wenn der Krafteinleitungsknopf und das Metall-Elastomer-Element sich flächig berühren. In disem Fall geht die Neuerung von der bisher für unumgänglich angesehenen Grundregel der punktförmigen Krafteinleitung ab, sie ermöglicht eine flächenförmige Krafteinleitung im Zusammenhang mit einer hohen Meßgenauigkeit, die neuerungsgemäße Kraftmeßzelle ist sogar

für eichfähige Waagen geeignet.

In einfachster Weise erfolgt die Verbindung der Kraftmeßzelle mit dem Krafteinleitungsglied dergestalt, daB die der KraftmeBzslle zugewandte Seite des Metall-Elastomer-Elements eine Eindrehung enthält, in welche der Krafteinleitungsknopf eingreift.

Einerseits soll das Metall-Elastomer-Element hinreichend weich sein um Querkräfte von der Kraftmeßzelle abzuhalten, andererseits soll bei großen Querkräften ein hartes Anschlagen an Puffer oder sonstige Überlastsicherungen vermieden werden. Dafür ist es besonders vorteilhaft, wenn das Metall-Elastomer-Element eine progressive Federkennlinie quer zur Kraftrichtung aufweist, die durch die räumliche Gestaltung der Elastomer-Schicht vorgebbar ist. Wird durch die Dicke und Grundfläche der Elastomer-Schicht die Eigenfrequenz des Metall-Elastomer-Elements vorgegeben, kann das dann von besonderem Vorteil sein, wenn der zu messenden Kraft Störungen einer bestimmten Frequenz überlagert sind. Bei gleichbleibenden Federeigenschaften wird die Eigenfrequenz des Metall-Elastomer-Elements dann so gewählt, daß sie unterhalb der Störfrequenz liegt. Die Einheit "Kraftmeßzelle mit einem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied" wirkt dann also gleichzeitig als Tiefpaß.

Über die genannten Vorteile hinaus weist die Neuerung noch folgende wesentlichen Vorteile auf: Bei Verwendung der Kraftmeßzelle beispielsweise in einer Plattformwaage wird die unter Lasteinwirkung notwendige Wölbung der Plattform von der neuerungsgemäßen Kraftmeßzelle ausgeglichen, ohne daß in der Praxis erkennbare Meßfehler auftreten. Darihsrhinaus ist eine besonders einfache Montage möglich, da die Metall-Elastomer-Elemente eventuell vorhandene Untergrundunebenheiten ausgleichen und eine aufwendige Justierung entfällt.

Schließlich ist der Versand von Waagen mit der neuerungsgemäßen Kraftmeßzelle besonders einfach, da die Wägeplattform lediglich festgespannt werden muß.

Die Figuren zeigen beispielsweise eine Ausführungsform der Neuerung.

Fig. 1 zeigt die Kraftmeßzelle in einer Plattformwaage
1o

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf eine Plattformwaage mit vier Kraftmeßzellen.

Fig. 1 zeigt eine Kraftmeßzelle 1, die auf einem Fundament 2 befestigt ist, beispielsweise festgeschraubt ist. Die Kraftmeßzelle 1 weist einen Krafteinleitungsknopf 3 auf, über den die zu messende Kraft in das eigentliche Meßelement eingeleitet wird. Beispielsweise werde die Kraft bestimmt, die von einer Wägeplattform 4 ausgeübt wird. Das Krafteinleitungsglied ist ein Metall-Elastomer-Element, das aus einer ersten Metallplatte 5a, einer Elastomer-Schicht 5b und einer zweiten, der Kraftmeßzelle 1 zugewandten Metallplatte 5c besteht. Die Elastomer-Schicht 5b ist mit den Metallplatten 5a und 5c kraftschlüssig verbunden, beispielsweise festgeklebt, festvulkanisiert oder formschlüssig in Vertiefungen der Metallplatten 5a und 5c eingebettet. Die der Kraftmeßzelle 1 zugewandte Metallplatte 5c weist eine Eindrehung 15 auf, in welcher der Krafteinteitungsknopf 3 eingreift. Sowohl der Krafteinleitungsknopf 3 als auch die Eindrehung 15 sind plangedreht, so daß sich also beide flächig berühren. Diese flächige Berührung und damit die flächige Einleitung der zu messenden Kraft in den Krafteinleitungsknopf 3 widerspricht der bisher selbstverständlichen Grundregel der Kraftmessung mittels Kraftmeßzellen, nämlich der punktförmigen Krafteinleitung in die Kraftmeßzelle, wie in der Beschreibungseinleitung nachgewiesen. Dadurch wird der Krafteinleitungsknopf 3

-B-

nicht punktförmig belastet. Diese punktförmige Belastung beim Stand der Technik bedingt durch Grübchenbildung (meist des Krafteinleitungsknopfes) eine Verringerung der Meßgenauigkeit der Kraftmeßzelle in absehbarer Zeit. Die erheblieh vorteilhafte flächige Krafteinleitung ist nur durch das Zusammenwirken mit dem Metall-Elastomer-Element 5 möglich, da die Elastomer-Schicht 5b sich bei den üblichen Betriebszuständen quasihydrostatisch verhält und somit dafür sorgt, daß der Krafteinleitungsschwerpunkt in der Mitte des Krafteinleitungsknopfes 3 liegt. In der Praxis hat sich auf jeden Fall erwiesen, daß eine derartige Kraftmeßzelle mit einem Metall-Elastomer-Element als Krafteinleitungsglied und formschlüssiger Verbindung des Metall-Elastomcr-Elementes mit dem Krafteinleitungsknopf selbst beispielweise die für eichfähige Waagen erforderliche Genaugkeit ohne Schwierigkeiten erbringt.

Im Ausführungsbeispiel, einer Plattformwaage, können durch Erwärmung Ausdehnungen der Wägeplattform 4 erfolgen, die beim Stand der Technik zu Querkräften bzw. Verschiebungen des Krafteinleitungspunktes führen. Es hat sich gezeigt, daß die Querkräfte in der Elastomer-Schicht 5b absorbiert werden, ohne daß der Krafteinleitungsschwerpunkt auf dem Krafteinleitungsknopf 3 meßbar verschoben wird. Derartige Querkräfte können beispielsweise auch durch beschleunigte Lasten, beispielsweise ein Abbremsen eines LKW, bedingt sein. Die durch die Querkräfte bedingte Verformung der Elastomer-S±iicht bedingt ein Rückstellmoment, das dafür sorgt, daß das Krafteinleitungsglied 5 selbstzentrierend ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elastomer-Schicht quer zur Kraftrichtung und damit zur Meßachse der Kraftmeßzelle eine progressive Kennlinie aufweist, was beispielsweise durch geeignete Formgebung der Elastomer-Schicht 5b

erreichbar ist. Eine Verformung der Elastomer-Schicht quer zur Richtung der Achse der Kraftmeßzelle 1 bewirkt dann zunächst eine Verringerung des Porenvolumens, was mit einem erheblichen Ansteigen der Federkennlinie verbunden ist. Die Ausführung von Metall-Elastomer-Elementen dergestalt, daß sie eine progressive Kennlinie bekommen, ist jedoch Stand der Technik und gehört nicht zum Schutzumfang der Anmeldung.

Es hat sich gezeigt, daß infolge des Zusammenwirkens des Metall-Elastomer-Elements als Krafteinleitungsglied mit der formschlüssigen Verbindung des Krafteinleitugsgliedes 5 mit dem Krafteinleitungsknopf 3 nicht nur dynamische Stöße sowohl in Richtung der Achse der Kraftmeßzelle als auch quer dazu aufgefangen werden können; es hat sich weiterhin gezeigt, daß die geringe, wenn auch unvermeidliche Wölbung der Wiegeplattform, die eine der Querkraft ähnliche Wirkung ausübt, in der Praxis keine Beeinträch- ] tigung der Meßgenauigkeit hervorruft. Ebenso ist die Mon- ; V tage der Kraftmeßzellen dadurch vereinfacht, daß bei ^; einer Vorrichtung mit mehreren Kraftmeßzellen, beispielsweise einer Plattformwaage, geringfügige Höhenunterschiede ■ in Kauf genommen werden können, die durch die Elastomer- ' Schicht 5b ausgeglichen werden.

; Fig. 2 zeigt einen besonders vorteilhaften Einsatz der ' Kraftmeßzellen in einer Plattformwaage in Aufsxht. Der mit F bezeichnete Pfeil stelle eine auf die Wägeplattform 4 ausgeübte Querkravt dar. Durch die selbstzentrierenden Eigenschaften der neuerungsgemäßen Kraftmeßzelle werden alle Kraftmeßzellen 1 gleichmäßig mit der Querkraft beaufschlagt, in der Fig. 2 dargestellt durch die mit F/4 gekennzeichneten Pfeile, die die Reaktionskräfte auf die Querkraft F darstellen. Durch diese quasistatische .Bestimmtheit werden nicht nur von außen aufgebrachte Querkräfte gleichmäßig auf alle Kraftmeßzellen

	• » · · · ■ ·
ti < ■
	' · t

verteilt, das Gleiche gilt auch für die beispielsweise durch thermische Verformung auftretenden Querkräfte.

In der Fig. 1 ist weiterhin eine Sicherung der Plattformwaage dargestellt zum Schutz gegen unbeabsichtigtes Abheben der Wägebrücke 4. Der Weg eines Anschlages 7 wird durch einen Bolzen B derart begrenzt, daß das Ganze als Überlastsicherung wirkt, wenn die maximal zulässige Verformung d3s Metall-Elastomer-Elementes 5 erreicht ist. Infolge der progressiven Kennlinie kann dabei ein weiches Anschlagen erreicht werden. Ein Mutteirpaar B begrenzt das Spiel des Anschlages 7 nach oben. Dieses Spiel wird so gewählt, daß es kleiner ist, als die Vertiefung in der der Kraftmeßzelle 1 zugewandten Metallplatte 5c. Auf diese Weise kann die Kraftmeßzelle 1 weder durch unzulässige Querkräfte noch durch vertikale Überlastungen beschädigt oder dejustiert werden. Weiterhin kann die Wägeplattform 4 nicht versehentlich, z.B. durch einen Gabelstapler abgehoben werden.

Eine vorgegebene Federkennlinie des Metail-Elastomer-Elementes 5 kann bei geeigneter Wahl des Elastomers mit unterschiedlichen Grundflächen bzw. Höhen erreicht werden. Zur genauen Festlegung der Abmessungen des Metall-Elastomer-Elementes 5 ist also noch ein Parameter frei. In speziellen Einsatzfällen, beispielsweise bei Waagen, in welche eine Förderschnecke integriert ist oder bei Waagen mit Rührwerken, wird der eigentlich interessierenden Kraft also dem Gewicht eine starke Störung konstanter Frequenz im Bereich einiger Hz überlagert. In diesem Falle ist es zweckmäßig, als freien Parameter des Metall-Elastomer-Elements 5 die Eigenfrequenz zu wählen und diese so festzulegen, daß sie unterhalb der Frequenz der Störung der Kraft liegt. In diesem Falle wirkt die neuerungsgemäße Kraftmeßzelle gleichzeitig als Tiefpaß.

Claims (1)

1. CARL SCHENCK AG - 1 - 3.164 D

   22. Juli 1981

   Kraftmeßzelle mit einem selbstzentrierenden Krafteinlei· tungsglied

   Schutzansprüche:

   1. Kraftmeßzelle mit einem Krafteinleitungsknopf und mit einem selbstzentrierenden Krafteinleitungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitun^knopf (3) der Kraftmeßzelle (1) und das Krafteinleitungsglied

   (5) formschlüssig miteinander verbunden sind und daß

   das Krafteinleitungsglied ein an sich bekanntes Metall-Elastomer-Element (5a, 5b, 5c] ist.

   2. Kraftmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsknopf C3) und das Metall-Elastomer-Element (5) sich flächig berühren.

   3. Kraftmeßzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kraftmeßzelle (1) zugewandte Seite des Metall-Elastomer-Elements (5] eine Eindrehung (15)

   enthält, in welche der Krafteinleitungsknopf (3) eingreift .

   4. Kraftmeßzelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall-Elastomer-Element (5) eine progressive Federkennlinie quer zur Kraftrichtung aufwäst.

   25 den Ansprüche, dadurch gekennzeichne^^^iefJ fl'uiuh Dicke

   und Grundfläche lh ι I I Jn I mill"!' '' Ii ι ι III (5b) die Eigen- ^; frequejTz^jiee^i^^ill-Elastorner-Elernents (5) vorgebbar