JP2006514306A - Force measuring element - Google Patents

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Abstract

ダブル曲げビームおよび距離センサを用いて、導入される力を測定する力測定素子が提案される。ダブル曲げビームは、ひずみ分布に関して最適化を達成するダブルばね成形部を形成している。A force measuring element is proposed that measures the force introduced using a double bending beam and a distance sensor. The double bending beam forms a double spring shaped part that achieves optimization with respect to strain distribution.

Description

本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の力測定素子から出発する。   The invention starts from a force measuring element of the type described in the superordinate concept of the independent claims.

背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７０２２７１号明細書から、曲げ力吸収装置が公知である。 BACKGROUND ART A bending force absorbing device is known from German Offenlegungsschrift 3,702,271.

発明の利点
これに対して本発明による、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する力測定素子の利点によれば、曲げエレメントがダブル曲げビームを備えており、ダブル曲げビームはビームごとにばね成形部を形成しており、この場合ダブル曲げビームは片側で緊締されており、力導入はダブル曲げビームの長手方向に対して垂直に行われる。これによって力測定方向で負荷の生じる際のひずみ分布は、最適化されている。また構造形態が最小化される。別の空間方向で、力測定素子は、選択された形態によって、力測定方向に作用しない荷重による破壊に対して不感である。この場合ばね成形部は、ひずみ分布および力測定方向が最適であるように形成されている。つまり材料を機械的に破壊することなく、大きな変位を達成することができる。破壊基準として、たとえば弾性的なひずみ限界または持続荷重強さが用いられる。 Advantages of the invention On the other hand, according to the advantages of the force measuring element according to the invention having the structure as defined in the characterizing part of the independent claim, the bending element comprises a double bending beam, the double bending beam for each beam. A spring forming part is formed, in which case the double bending beam is clamped on one side and the force introduction is performed perpendicular to the longitudinal direction of the double bending beam. This optimizes the strain distribution when a load is generated in the direction of force measurement. Also, the structural form is minimized. In another spatial direction, the force measuring element is insensitive to breakage due to a load that does not act in the force measuring direction, depending on the configuration chosen. In this case, the spring forming portion is formed so that the strain distribution and the force measuring direction are optimal. That is, a large displacement can be achieved without mechanically destroying the material. As the fracture criterion, for example, an elastic strain limit or a sustained load strength is used.

従属請求項に記載の構成および改良形によって、独立請求項に記載の力測定素子の有利な形態が得られる。   The configurations and refinements described in the dependent claims provide advantageous forms of the force measuring element described in the independent claims.

特に有利には、ダブル曲げビームは、長方形または正方形または円形または部分円形の素材から製作することができる。ばね成形部は、貫通孔と、ばね中央に向かって先細に延びる楔形部分とによって形成することができる。ばね成形部自体は、最適化されており、モーメントおよび横方向力は、測定方向の荷重作用下で、表面に沿って実質的に均等な応力分布を及ぼす。このためにばね成形部は、中央に向かって先細に延びるダブル楔形状に形成されており、このような成形部は、ひずみ最大値の均等な分布を及ぼす。接続半径は、形状で適合され、ひずみ分布で最適化されたカーブ経過を成しており、カーブ経過は、負荷の大きな領域から僅かにひずむ素材への特に均等な移行部を実現する。ダブル楔形状のばね成形部は、ばね領域に作用する最大ひずみの極めて均等な分布を及ぼす。これによって特に力測定に際して変位もしくは距離を測定する場合、所定の力に関して最大距離が得られ、材料における許容ひずみを超えることはない。ひずみのこのような最適な分布を達成するために、力測定素子の幾何学的なパラメータは互いに調和される。この場合たとえば有限要素法が用いられる。矩形または部分円形の横断面を有する素材から成るばねでは、外側の楔形部は省略することができる。ここで重要な点は、ばねは中央領域で同形に先細に形成することである。真っ直ぐな形状からの僅かな偏差は、僅かな場合でも応力分布の更なる改善を及ぼす。移行部も適当に適合することができる。ここで重要な点は、その形状は、傾斜の急激な変化がほとんどないかまたは全くなくばねもしくは素材の突出部に移行するほぼ楕円形状に相当する。   Particularly advantageously, the double bending beam can be made from a rectangular or square or circular or partially circular material. The spring forming portion can be formed by a through-hole and a wedge-shaped portion that tapers toward the center of the spring. The spring forming itself is optimized, and the moments and lateral forces exert a substantially uniform stress distribution along the surface under the loading action in the measuring direction. For this reason, the spring forming part is formed in a double wedge shape extending tapered toward the center, and such a forming part exerts an even distribution of the maximum strain value. The connection radii have a curve curve that is adapted in shape and optimized with a strain distribution, which provides a particularly uniform transition from a heavily loaded area to a slightly distorted material. The double wedge-shaped spring forming part exerts a very even distribution of the maximum strain acting on the spring region. In this way, especially when measuring displacement or distance during force measurement, the maximum distance is obtained for a given force and does not exceed the allowable strain in the material. In order to achieve such an optimal distribution of strain, the geometric parameters of the force measuring element are matched to each other. In this case, for example, a finite element method is used. In a spring made of a material having a rectangular or part-circular cross section, the outer wedge-shaped part can be omitted. The important point here is that the spring tapers in the same shape in the central region. A slight deviation from the straight shape will give a further improvement in the stress distribution even in the slightest case. The transition can also be suitably adapted. The important point here is that the shape corresponds to a substantially elliptical shape with little or no sudden change in slope and transitioning to a spring or blank projection.

測定系として、有利には、距離センサが使用される。距離センサは、有利には傾動運動の中心点に配置することができる。これによってｘ方向のモーメントで曲げビームが負荷される場合、センサは、専らｘ軸を中心に回動され、ｚ方向の変位が行われず、ひいてはｘ軸を中心とするトルクで曲げビームが負荷される際に不都合な測定信号が形成されることはない。ダブル曲げビーム自体は、横方向力Ｆｘ，ＦｙおよびモーメントＭｚ，Ｍｙの抑制を実現する。なぜならばダブル曲げビームはこのような負荷下で極めて丈夫であるからである。   A distance sensor is preferably used as the measuring system. The distance sensor can advantageously be arranged at the center point of the tilting movement. As a result, when the bending beam is loaded with a moment in the x direction, the sensor is rotated exclusively around the x axis and is not displaced in the z direction, and consequently the bending beam is loaded with a torque about the x axis. Inconvenient measurement signals are not formed during the measurement. The double bending beam itself realizes the suppression of the lateral forces Fx, Fy and moments Mz, My. This is because the double bending beam is extremely strong under such a load.

距離センサとして、たとえばホール素子を使用することによって誘導測定を用いることができ、この場合磁界を形成する基準と、磁界に敏感な素子としてのホール素子とを用いることができる。選択的に、光学式または容量式に測定することもできる。力導入は、有利にはスリーブを介して行うことができる。さらに有利には、力は曲げビームの端部に導入される。距離センサは、棒状の延長部によって、バー端部から最適な測定位置に案内することができる。さらにまた距離センサを、スリーブにおける固定部と、緊締されたビーム始端部におけるバーとを介して、最適な測定位置に案内することもできる。   As the distance sensor, for example, induction measurement can be used by using a Hall element. In this case, a reference for forming a magnetic field and a Hall element as an element sensitive to the magnetic field can be used. Optionally, it can also be measured optically or capacitively. The force introduction can advantageously take place via a sleeve. More advantageously, the force is introduced at the end of the bending beam. The distance sensor can be guided from the bar end to the optimum measurement position by means of a rod-like extension. Furthermore, the distance sensor can also be guided to the optimum measuring position via a fixed part in the sleeve and a bar at the tightened beam start end.

曲げビームの構成は、測定原理を鑑みると、別のばね成形部であってもよく、必ずしもダブルばねでなくてもよいので、本発明による測定原理によれば、１つまたは３つもしくは４つ以上の平行なばねも実現可能である。Ｍｘに対する記載のモーメント不感度は、この場合でも測定系に関して最適な位置の選択によって形成される。   In view of the measurement principle, the bending beam may be a separate spring forming part, and not necessarily a double spring. Therefore, according to the measurement principle of the present invention, one, three, or four is used. The above parallel springs can also be realized. The described moment insensitivity for Mx is still formed by the selection of the optimum position for the measuring system.

実施例の説明
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。 Description of Examples Next, examples of the present invention will be illustrated and described in detail.

曲げエレメントの曲げを利用する公知の力センサでは、曲げエレメントのひずみを測定するためのひずみゲージまたはピエゾ抵抗構造体が用いられるか、もしくは曲げエレメントの変位が距離測定系によって検出される。公知の曲げエレメントの成形部は、ｓ字形または棒形のエレメントである。このようなエレメントは、もちろん一定の横断面を有している。このような成形部の欠点によれば、測定方向で負荷が生じる場合に不均等なひずみ分布が生じ、ひいてはこれに伴って大きな構造形態が生じる。   In known force sensors that utilize bending of a bending element, a strain gauge or piezoresistive structure for measuring the bending element's strain is used, or the displacement of the bending element is detected by a distance measuring system. A known bending element molding is an s-shaped or bar-shaped element. Such an element has of course a constant cross section. According to such a defect of the molded part, an uneven strain distribution occurs when a load is generated in the measurement direction, and as a result, a large structural form is generated.

本発明によれば、力測定方向で負荷が生じる際に最適なひずみ分布を実現するばね成形部が提案される。これによって構造形態が最小化され、これに対して別の方向では、力測定素子は、選択された形状によって、荷重による破壊に対して不感である。   According to the present invention, a spring forming portion that realizes an optimal strain distribution when a load is generated in the force measuring direction is proposed. This minimizes the structural configuration, whereas in another direction, the force measuring element is insensitive to breakage due to the load due to the selected shape.

力測定素子は、特に自動車に使用するのが所望される。この場合有利には質量測定センサとして車両の座席に使用することが考えられる。   The force measuring element is particularly desirable for use in automobiles. In this case, it can be advantageously used as a mass measuring sensor in a vehicle seat.

図１には、本発明による力測定素子１４を側面図で示した。力測定素子１４は、貫通孔１６を備えており、貫通孔１６は、長手方向でみて２つのばね１２，１３によって取り囲まれており、ばね１２，１３はここでは曲げビームである。力は、曲げビームの端部の位置１５においてｚ方向で導入される。図１には、座標系で、ｚ方向が曲げビーム１４に対して横向きであることを示しており、これに対して長手方向はｙ軸で示した。ダブル曲げビーム１４は、壁１７に片側でたとえば接合技術またはねじ結合によって緊締されている。貫通孔には、それぞれ反対側に位置する半ビームが配置されており、半ビームに測定系１０が取り付けられている。ここでは一例として距離センサが用いられ、この場合たとえば測定素子としてホールセンサが、また基準として磁石が用いられる。選択的または追加的に別のセンサを使用することもできる。このためにたとえばひずみゲージが挙げられる。   FIG. 1 is a side view of a force measuring element 14 according to the present invention. The force measuring element 14 is provided with a through hole 16, which is surrounded by two springs 12 and 13 in the longitudinal direction, and the springs 12 and 13 here are bending beams. A force is introduced in the z direction at position 15 at the end of the bending beam. FIG. 1 shows that the z direction is transverse to the bending beam 14 in the coordinate system, whereas the longitudinal direction is indicated by the y-axis. The double bending beam 14 is clamped to the wall 17 on one side, for example by a joining technique or screw connection. A half beam located on the opposite side is disposed in each through hole, and a measurement system 10 is attached to the half beam. Here, a distance sensor is used as an example, and in this case, for example, a Hall sensor is used as a measuring element and a magnet is used as a reference. Alternatively or additionally, other sensors can be used. For this purpose, for example, a strain gauge can be mentioned.

波線によって、ｚ方向の力導入に際して何が起こるのかを示唆した。ダブル曲げビームの緊締されていない側は、下方に押し付けられるので、半ビームに設けられた測定系１０は、距離変化を検出する。ここでは距離変化は小文字のｓで示した。   The wavy line suggested what happens when the z-direction force is introduced. Since the non-tightened side of the double bending beam is pressed downward, the measurement system 10 provided in the half beam detects a change in distance. Here, the change in distance is indicated by a small letter s.

図２には、本発明によるダブル曲げビームの１実施例を概略的に示した。ダブル曲げビーム２１は箇所２０で緊締されていて、それも前述のようにねじ山によって、または材料接合によって、または曲げビームが製作されることになる丸材料の継続案内によって緊締されている。貫通孔を取り囲むばね成形部２３，２４は、ここでは楔形であり、かつ中央に向かって先細になっている。ダブル曲げビームは、ここでは円形の横断面２２を有している。距離センサ配置構造は、ここでも、また以下においても図面を判りやすくするために省略する。   FIG. 2 schematically shows an embodiment of a double bending beam according to the invention. The double bending beam 21 is clamped at point 20 and it is also clamped by means of a screw thread, as described above, or by material joining, or by a continuous guide of round material, on which the bending beam will be produced. The spring molding parts 23 and 24 surrounding the through hole are wedge-shaped here and taper toward the center. The double bending beam here has a circular cross section 22. The distance sensor arrangement structure is omitted here and here for the sake of clarity.

図３には、本発明によるダブル曲げビームの別の１実施例を概略的に示した。ダブル曲げビーム３０は、ここでも箇所３１で緊締されていて、かつ長方形または正方形の横断面３２を有している。ここでも貫通孔３３の周りにばね成形部３４，３５が配置されており、ばね成形部３４，３５は楔形状で中央に向かって先細になっている。   FIG. 3 schematically shows another embodiment of a double bending beam according to the invention. The double bending beam 30 is again clamped at the point 31 and has a rectangular or square cross section 32. Here, spring forming portions 34 and 35 are arranged around the through-hole 33, and the spring forming portions 34 and 35 are wedge-shaped and taper toward the center.

図４には、ダブル曲げビームのための様々な横断面をまとめて示した。図４のａには、長方形の横断面を示しており、ここでは正方形の横断面は長方形の横断面の特殊形状である。図４のｂには、円形の横断面を示しており、図４のｃには楕円の横断面を示した。図４のｄには、部分円形状の横断面を示しており、これの意味するところによれば、横断面は円弧を有しているが、真っ直ぐな境界線も有している。   FIG. 4 shows various cross sections for the double bending beam together. FIG. 4a shows a rectangular cross section, where the square cross section is a special shape of the rectangular cross section. FIG. 4b shows a circular cross section, and FIG. 4c shows an elliptical cross section. FIG. 4d shows a partial circular cross section, which means that the cross section has an arc, but also has a straight boundary.

図５のａには、本発明による別の曲げビームの別の１実施例を側面図で示した。また別の１実施例は図５のｂにも示した。ここでは側面図で対称軸５０を示した。ここでは特にばね成形部ならびにばね成形部を特定するパラメータについて説明する。ここでは外側のテーパ部ＩおよびＩＩならびに内側のテーパ部ＩＩＩおよびＩＶを図示した。これらのテーパ部は、それぞればねの中央に向かって延びている。上位のばねには、外側の中央点Ｒ１および内側の中央点Ｒ２を記載した。ここでは貫通孔５３の角隅部にかかる移行部５４，５５は最適化されており、応力が均等に分配されるようになっている。ここでは移行部はＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で示しており、これに関しては図６で詳しく説明する。   FIG. 5a shows a side view of another embodiment of another bending beam according to the invention. Another embodiment is also shown in FIG. Here, the symmetry axis 50 is shown in a side view. Here, a spring forming part and parameters for specifying the spring forming part will be described in particular. Here, the outer tapered portions I and II and the inner tapered portions III and IV are shown. Each of these taper portions extends toward the center of the spring. In the upper spring, an outer center point R1 and an inner center point R2 are described. Here, the transition portions 54 and 55 applied to the corners of the through-hole 53 are optimized so that the stress is evenly distributed. Here, the transition portions are indicated by S1, S2, S3, and S4, which will be described in detail with reference to FIG.

図５のｂには、ダブル曲げビームを新たに側面図で示しており、ここではダブル曲げビーム、特にばね成形部を特定するための別のパラメータを示した。ｄ１は、最も薄い箇所、つまり中央におけるばねの直径を表しており、最も薄い箇所でばねは最も先細になっている。ｄ２は、ばねの外側領域における直径を表しており、そこではばねはできるだけ厚くなっている。α１は、α２と同様に、テーパ角を表している。パラメータｈ１は、対称軸に対する、最も薄い箇所における貫通孔の内面の最大距離を表している。最適化は、特に有限要素法を用いてコンピュータで最適化を行うことによって行われる。   FIG. 5b shows a new side view of the double bending beam, in which another parameter for identifying the double bending beam, in particular the spring forming part, is shown. d1 represents the diameter of the spring at the thinnest point, that is, the center, and the spring is tapered at the thinnest point. d2 represents the diameter in the outer region of the spring, where the spring is as thick as possible. α1 represents the taper angle as with α2. The parameter h1 represents the maximum distance of the inner surface of the through hole at the thinnest portion with respect to the symmetry axis. The optimization is performed by performing optimization by a computer using a finite element method.

図６には、ばね成形部の移行部の形状を示した。この場合移行部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は最適化され、箇所６０で傾度の急な変化なしに素材部（原形部）への移行が行われる。さらに移行部は最適化され、箇所６１で同様に傾度の急な変化なしにばね、つまりビームへの移行が行われる。これによって直径ａ，ｂを有する貫通孔の全体として楕円の形状が形成される。楕円が形成されると、直径ａは直径ｂよりも小さくなるよう要求される。形状は、数学的に、それぞれ異なる大きさの２つの半径部分を用いて、また場合によっては直線部分を介在して、スプライン、多項式、放物線として近似することができ、または直接的に楕円関数として近似される。傾度の急な変化のない構成は、省スペースの構造形態によって実現される。それというのも過度に大きなひずみによる応力集中が生じないからである。   FIG. 6 shows the shape of the transition part of the spring forming part. In this case, the transition portions S1, S2, S3, and S4 are optimized, and the transition to the material portion (original shape portion) is performed without a sudden change in the slope at the location 60. Furthermore, the transition is optimized and a transition to a spring, ie a beam, is made at location 61 without abrupt changes in the slope as well. As a result, an elliptical shape is formed as a whole of the through holes having the diameters a and b. When an ellipse is formed, the diameter a is required to be smaller than the diameter b. The shape can be mathematically approximated as a spline, polynomial, parabola, or directly as an elliptic function, using two radial parts of different sizes and possibly via a straight part. Approximated. A configuration without a sudden change in the gradient is realized by a space-saving structure. This is because stress concentration due to excessively large strain does not occur.

図７には、ダブル曲げビーム７０の力導入時の応力分布を斜視図で示した。力７１は、曲げビームの自由端部に導入される。位置７４で曲げビームは片側で緊締されている。箇所７３は、ひずみ変動のない、高ひずみ領域から比較的小さなひずみ領域への移行部を例示した。残りの移行部７５のひずみ経過は、選択した図面からは看取できないが、同様にひずみ変動なく延びている。箇所７２で、ばねにおける応力の均等な分布がみられる。ダブル楔形状のばね成形部は、ばね領域に作用する最大ひずみの極めて均等な分布を及ぼす。逆方向の力が導入されると、最大ひずみは領域７６で均等に分布する。これによって特に変位もしくは距離を測定する力測定原理では、材料に許容されるひずみを超えることなく、所定の力に関して最大距離が得られる。ここで重要な点は、ばねが中央領域で均等に先細になっていることである。   FIG. 7 is a perspective view showing the stress distribution when the double bending beam 70 is introduced. A force 71 is introduced at the free end of the bending beam. At position 74, the bending beam is clamped on one side. The part 73 illustrated the transition part from a high strain area | region to a comparatively small strain area | region without a distortion fluctuation | variation. The strain transition of the remaining transition portion 75 cannot be seen from the selected drawing, but similarly extends without strain variation. At location 72, an even distribution of stress in the spring is seen. The double wedge-shaped spring forming part exerts a very even distribution of the maximum strain acting on the spring region. When a reverse force is introduced, the maximum strain is evenly distributed in region 76. This gives a maximum distance for a given force without exceeding the strain allowed for the material, especially in the force measurement principle for measuring displacement or distance. The important point here is that the spring tapers equally in the central region.

図８には、図平面に対して垂直に延びるｘ軸を中心とするモーメント導入の際のダブル曲げビーム８０の非依存性を示した。なぜならば曲げビームは、このトルク下で、測定位置８５に変位が生じることなく、位置８１に移動するからである。このことは測定位置８５を適当に位置決めすることによって達成される。測定位置８５は、ビーム端部に取り付けられたバー８３によって位置決めされており、それもモーメントによるビーム端部の変位が、測定位置における変位を生じさせないように位置決めされている。これによって距離センサは、貫通孔において信号を形成することはない。したがってモーメントＭｘに対する分離が提供される。バー成形部に代わって、測定位置の適当な位置決めを保証する、別の構造的な成形部を選択することもできる。位置決め箇所は、提案された先細のばねでは、ＦＥＭシミュレーションによって見出すことができる。簡単なばね成形部に関して、このことは分析計算によって行うことができる。   FIG. 8 shows the independence of the double bending beam 80 when a moment is introduced about the x axis extending perpendicular to the drawing plane. This is because the bending beam moves to the position 81 without any displacement at the measurement position 85 under this torque. This is accomplished by appropriately positioning the measurement location 85. The measurement position 85 is positioned by a bar 83 attached to the beam end, and is also positioned so that the displacement of the beam end due to the moment does not cause a displacement at the measurement position. Thereby, the distance sensor does not form a signal in the through hole. Thus, a separation for moment Mx is provided. Instead of the bar forming part, another structural forming part can be selected which ensures proper positioning of the measurement position. The positioning location can be found by FEM simulation with the proposed tapered spring. For simple spring forming parts, this can be done by analytical calculations.

図９には、別の実施例を側面図で示した。ここではスリーブが用いられる。ダブル曲げビーム９０は、力導入のための追加的なスリーブ９２を備えている。この場合力Ｆｚはスリーブ領域９３に及ぼされる。力ＦｚＥｒｓａｔｚおよびモーメントＭｘＥｒｓａｔｚ＝Ｆｚ・ｌは、単にこのような負荷状態を考慮するためのものであり、まとめてではなく、単独で、分離効果を説明するための代替力として、また代替モーメントとして作用する。これの意味するところによれば、単独で負荷Ｆｚの場合の曲げエレメントの変形と、モーメントＭｘＥｒｓａｔｚを有する代替負荷ＦｚＥｒｓａｔｚの場合の曲げエレメントの変形とは、理論的にみて同じである（実際にはたとえば製作精度によって僅かな偏差が生じ得る）。波線は、単独で負荷Ｆｚの場合の、もしくはモーメントＭｘＥｒｓａｔｚを有する代替負荷ＦｚＥｒｓａｔｚの場合のダブル曲げエレメントの変化を示した。新たに測定装置９１、つまり距離センサによって検出される変位が生じる。スリーブを介して力導入によって及ぼされるモーメントは、提案された配置構造を介して抑制される。このことは力学的に公知の重ね合わせの原理に当てはまり、重ね合わせの原理によれば、個々の荷重は互いに組み合わせることができ、変位は一次的に加算することができる。このことは小さな変位にしか当てはまらないが、ここでは重ね合わせの原理から出発している。つまりＭｘＥｒｓａｔｚを有する負荷ＦｚＥｒｓａｔｚの変位は、まとめて、単独で作用する負荷ＦｚErsatzと単独で作用するモーメントＭｘＥｒｓａｔｚとの合計として見なすことができる。図８に関する記述の説明に基づいて、ＭｘＥｒｓａｔｚは測定位置８５において変位を及ぼさず、ＦｚＥｒｓａｔｚは測定位置において、Ｚ方向で、Ｆｚによる変位に相当する変位を及ぼす。要するに力信号の導入は、力がスリーブ軸に対して垂直に作用する限り、力Ｆｚの位置とは無関係である。もちろんこのことは、測定位置が、適当にＦＥＭまたは分析計算によって、モーメントＭｘＥｒｓａｔｚに対して不感である位置に設けられている場合に当てはまる。 FIG. 9 is a side view showing another embodiment. Here, a sleeve is used. Double bending beam 90 includes an additional sleeve 92 for force introduction. In this case, the force Fz is exerted on the sleeve region 93. The force Fz Ersat and the moment Mx Ersatz = Fz · l are only for taking into account such load conditions, and not alone but as an alternative force to explain the separation effect and an alternative moment. Acts as This means that the deformation of the bending element in the case of the load Fz alone and the deformation of the bending element in the case of the alternative load Fz Ersat having the moment Mx Ersaz are theoretically the same (actual For example, a slight deviation may occur depending on the manufacturing accuracy). The wavy line showed the change in the double bending element alone for the load Fz or for the alternative load Fz Ersat with the moment Mx Ersatz . A displacement is newly detected by the measuring device 91, that is, the distance sensor. The moment exerted by force introduction via the sleeve is suppressed via the proposed arrangement. This applies to the mechanically known superposition principle, where the individual loads can be combined with one another and the displacements can be added primarily. This only applies to small displacements, but here we start from the principle of superposition. That displacement of the load Fz Ersatz with Mx Ersatz are collectively can be considered as the sum of the moments Mx Ersatz acting load FzErsatz and alone acting alone. Based on the description of the description with respect to FIG. 8, Mx Ersatz does not exert a displacement at the measurement position 85, and Fz Ersatz exerts a displacement corresponding to the displacement by Fz in the Z direction at the measurement position. In short, the introduction of the force signal is independent of the position of the force Fz as long as the force acts perpendicular to the sleeve axis. This is of course true if the measurement position is provided at a position that is insensitive to the moment Mx Ersatz , suitably by FEM or analytical calculation.

図１０には、距離センサによる測定原理がトリプルばねでも機能することを示した。ここでも曲げビームの自由端部に力Ｆｚが導入される。中央のばねの切欠部もしくは空間部（Freiarbeitung）に、図８について説明した、図１１に示したシングルばねの場合と同様にここでも使用可能なバーを備えた距離センサ１００が設けられている。ｚ方向の変位を測定するための測定系１００は、中央のばねの空間部に設けられている。   FIG. 10 shows that the measurement principle by the distance sensor works even with a triple spring. Again, a force Fz is introduced at the free end of the bending beam. A distance sensor 100 having a bar which can be used here is provided in the notch or space of the central spring as in the case of the single spring shown in FIG. A measuring system 100 for measuring the displacement in the z direction is provided in the space of the central spring.

図１１には、ここでも図８に示したような、空間部にバーを有する測定系１１１を備えたシングルばね１１０を示した。図１１では、側面図および平面図を示した。   FIG. 11 shows a single spring 110 provided with a measuring system 111 having a bar in the space as shown in FIG. FIG. 11 shows a side view and a plan view.

本発明による力測定素子の１実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows one Example of the force measuring element by this invention. 本発明による力測定素子の１実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Example of the force measuring element by this invention. 力測定素子の別の１実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another one Example of a force measuring element. 力測定素子の様々な横断面形状を示す図である。It is a figure which shows various cross-sectional shapes of a force measuring element. ａおよびｂは、本発明による力測定素子の別の１実施例を示す側面図である。a and b are side views showing another embodiment of the force measuring element according to the present invention. ばね成形部の移行部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the transition part of a spring formation part. 高ひずみ領域を強調して示した、力測定素子の斜視図である。It is the perspective view of a force measuring element which emphasized and showed the high strain field. 距離センサを備えた力測定素子の１実施例を示す側面図である。It is a side view which shows one Example of the force measuring element provided with the distance sensor. スリーブを備えた力測定素子の１実施例を示す側面図である。It is a side view which shows one Example of the force measuring element provided with the sleeve. トリプル−ばねシステムを示す図である。FIG. 3 shows a triple-spring system. シングル−ばねシステムを示す図である。FIG. 2 shows a single-spring system.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 測定系 １２，１３ ばね、 １４ 力測定素子、 １５ 位置、 １６ 貫通孔、 １７ 壁、 ２０ 箇所、 ２１ ダブル曲げビーム、 ２２ 横断面、 ２３，２４ ばね成形部、 ３０ ダブル曲げビーム、 ３１ 箇所、 ３３ 貫通孔、 ３４，３５ ばね成形部、 ５０ 対称軸、 ５３ 貫通孔、 ５４，５５ 移行部、 ６０ 箇所、 ６１ 箇所、 ７０ ダブル曲げビーム、 ７１ 力、 ７２ 箇所、 ７３ 箇所、 ７４ 位置、 ７５ 移行部、 ７６ 領域、 ８０ ダブル曲げビーム、 ８１ 位置、 ８３ バー、 ８５ 測定位置、 ９０ ダブル曲げビーム、 ９１ 測定装置、 ９２ スリーブ、 １００ 距離センサ、 １１０ ばね、 １１１ 測定系   10 measurement system 12, 13 spring, 14 force measurement element, 15 position, 16 through hole, 17 wall, 20 places, 21 double bending beam, 22 cross section, 23, 24 spring forming part, 30 double bending beam, 31 place, 33 through-holes, 34, 35 spring forming part, 50 symmetry axis, 53 through-hole, 54, 55 transition part, 60 places, 61 places, 70 double bending beam, 71 force, 72 places, 73 places, 74 positions, 75 transitions Part, 76 area, 80 double bending beam, 81 position, 83 bar, 85 measuring position, 90 double bending beam, 91 measuring device, 92 sleeve, 100 distance sensor, 110 spring, 111 measuring system

Claims (10)

力測定素子であって、
力測定のための曲げエレメントが設けられている形式のものにおいて、
曲げエレメント（１４，２１，３０）が、ダブル曲げビームを備えており、該ダブル曲げビームが、ビーム（１２，１３，２３，２４，３４，３５）ごとに、ばね成形部を形成しており、ダブル曲げビームが、片側で緊締されており、力導入（Ｆｚ）が、実質的にダブル曲げビームの長手方向に対して垂直に行われるようになっていることを特徴とする、力測定素子。 A force measuring element,
In the type in which a bending element for force measurement is provided,
The bending element (14, 21, 30) is provided with a double bending beam, and the double bending beam forms a spring forming portion for each beam (12, 13, 23, 24, 34, 35). A force measuring element characterized in that the double bending beam is clamped on one side and the force introduction (Fz) is made substantially perpendicular to the longitudinal direction of the double bending beam. . 力測定素子の横断面が、矩形（３２）、円形（２２）、楕円または部分円形に形成されている、請求項１記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 1, wherein the force measuring element has a cross section formed into a rectangle (32), a circle (22), an ellipse or a partial circle. ダブル曲げビームに沿って貫通孔（３３）が形成されるように、ばね成形部が形成されている、請求項１または２記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 1 or 2, wherein the spring forming portion is formed so that the through hole (33) is formed along the double bending beam. ばね中央に向かって先細の楔形部分が形成されるように、ばね成形部が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の力測定素子。   The force measuring element according to any one of claims 1 to 3, wherein the spring forming portion is formed so that a tapered wedge-shaped portion is formed toward the center of the spring. 貫通孔（５３）が移行部（５４，５５）で楕円形を成すように、貫通孔（５３）およびばね成形部が形成されている、請求項３または４記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 3 or 4, wherein the through hole (53) and the spring forming part are formed so that the through hole (53) forms an ellipse at the transition part (54, 55). 力を測定するために、距離センサ（１０）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の力測定素子。   6. The force measuring element according to claim 1, wherein a distance sensor is provided for measuring the force. 距離センサが、傾動運動の中心点に配置されている、請求項６記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 6, wherein the distance sensor is arranged at a center point of the tilting motion. 距離センサが、磁界を形成する基準と磁界に敏感な測定素子とを備えている、請求項６または７記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 6 or 7, wherein the distance sensor comprises a reference for forming a magnetic field and a measuring element sensitive to the magnetic field. 距離センサが、光学式または容量式に形成されている、請求項６または７記載の力測定素子。   The force measuring element according to claim 6 or 7, wherein the distance sensor is formed optically or capacitively. 力導入が、スリーブ（９２）を介して行われるようになっている、請求項１から９までのいずれか１項記載の力測定素子。   10. The force measuring element according to claim 1, wherein the force introduction is effected via a sleeve (92).
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