JP2012512402A - ロードセルのためのフット - Google Patents

Abstract

本発明は、ロードセル（５）のためのフットであって、力伝達ボルト（１）と底部プレート（２）を有し、その際、力伝達ボルト（１）が、上部ジョイント（３）を介してロードセル（５）と、下部ジョイント（４）を介して底部プレート（２）と柔軟に接続されているものに関する。本発明は、上部ジョイント（３）が、ロードセル（５）の中に入れられた支承キャップ（６）と内側に存在する支承カップ（７）から成り、この支承カップ内で力伝達ボルト（１）がその上部にある球形状の力導入面（８）でもって支承されており、および下部ジョイント（４）が底部プレート（２）の中に入れられた孔部（９）と平らな支持面から成り、この孔部内で、力伝達ボルト（１）が、その球状の力受容面（１０）でもって支承されており、その際、球状の力受容面（１０）の半径が、力伝達ボルト（１）の長さに略相当し、一方、球形状の力導入面（８）の半径が、一部であり、かつ最大でも力需要面（１０）の半径の５分の１であることに特徴を有する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載のロードセルのためのフットに関する。

このようなフットは、特にプラットフォーム式計量器において使用される。このようなプラットフォーム式計量器の安価な製造のために、ロードセルは、台の四つの角に間隔をあけて直接これらの下に固定される。他方、ロードセルは、各フットを介して床面または他の起立面上に支持されている。しかしまたこのようなフットは、コンテナ秤のためや、他の荷重を加えることが可能な機器の計量のためにも使用することが可能である。その際、フットは、計測する重量を受入れ、そして計測値を誤らせる影響を与えること無くロードセルへとこれを導くという課題を有している。というのは、特にプラットフォーム式計量器においては重量荷重によってしばしば台がわずかに撓み、そしてこれによってフットには水平方向の軸力とねじりモーメントが伝達され、これは計量の正確性の悪化を招きうるからである。よってフットは、台の動作によって発生する応力を開放する必要があり、重量は出来る限り変化しないようにロードセルに導入されなければならない。したがって、負荷キャリアや計量器プラットフォームの重さを出来る限り応力なしにロードセルに導入する様々な実施形のフット及び他の負荷支持部が多数公知である。

そこで特許文献１から、特にプラットフォーム式計量器のためのフットが公知である。このフットはジョイント箇所を有しており、このジョイント箇所を介して重量が直接ロードセルに導入される。その際このフットは、下部のジョイントを介して底部プレートと接続される負荷ボルトからなっている。負荷ボルトは、その上部部材にスクリュー軸を有しており、このスクリュー軸によってこれが高さ調節可能にロードセル内にねじ込まれることが可能である。負荷ボルトの下部部材には、これは、力を底部プレート内に逃がすための球状の支持面を有している。底部プレート内には、孔が設けられており、この孔は平らな正面端面を有し、この正面端面に負荷ボルトがその球状の支持面によって柔軟に支承されている。底部プレート内に柔軟に配置される負荷ボルトの持ち上がり防止のために、底部プレート中にも負荷ボルトにもリング溝が入れられている。その際、負荷ボルトのこのリング溝にはスナップリングが入り込んでいる。このスナップリングは、同様に、底部プレートの向かい合った側のリング溝にも入り込んでおり、そして底部プレートの持ち上がりが防止されている。重量荷重とこれに伴う台の撓み発生の際は、転動するジョイントにより、足部内には水平方向の軸力は確かに発生しない。しかしながら、剛性の力導入点の水平方向の変位（Auslenkung）によって、力は垂直にロードセルに導入されず、このことは、特に比較的長い負荷ボルトを通じて計量エラーとなり得る。

特許文献２からは、計量セル、特にロードセルのためのフットが公知である。このフットにおいては、ロードセルと底部プレートの間に二つのジョイントが設けられている。これに加えて、両ジョイントは、上部および下部の力伝達部材内に設けられている。上部の力伝達部材は、ロードセル内にねじ込まれたスクリュー部材とこれに取付けられたシリンダー形状の圧力部材受容部からなり、この圧力部材受容部は、平らな正面端面を有する鉛直方向孔を有している。下部力伝達部材は、同様に底部プレート内にねじ込まれたスクリュー部材と、上方に向けられたシリンダー状の圧力部材受容部からなり、この圧力部材受容部もまた同様に、平らな正面端面を有する鉛直方向孔を有している。これら向かい合った圧力部材受容部内に、比較的短い力伝達ボルトが圧力部材として設けられており、この力伝達ボルトが、その両端部に各一つの、同じ凹形状または球状である圧力伝達面または力伝達面を有している。これによって、力伝達ボルトは、両孔内で上部および下部ジョイントを形成し、かつこれによって柔軟に支承される。荷重および計量器プラットフォームの撓み発生の際には、確かに比較的短い力伝達ボルト内でのみ水平方向に変位するに至るが、しかしこれによって力導入点と力受容点の間の間隔は、垂直な力導入に対して大きくなる。これによって、計測エラーは少なくなるが、完全に防ぐことは出来ない。

独国特許 第19625821C1号明細書 独国特許 第19911895C2号明細書

本発明の課題は、冒頭に記載した形式のフットを、秤の計量正確性が高められるよう改良することである。

この課題は、請求項１に記載の発明により解決される。本発明の更なる改良形および有利な実施例は、下位の請求項に記載される。

比較的小さな支承球を有する上部ジョイントによって、計量器プラットフォームが力受容点に対して撓んだ際にも、力導入点が変化しないので、高い秤の正確性が達成可能であるという利点を有する。これは、底部プレート中の球状の力受容面が、力伝達ボルトの長さに相当する半径を有することによってさらに促進され、横への変位の際にも、重量が常に垂直にロードセルに導入され、これによって秤の正確性が追加的に改善される。

本発明は更に、ロードセルの中立筋の領域における力導入によって、計量器プラットフォームの横への移動や撓みの際にも、秤過程中の計測正確性を悪化させるかもしれない、ロードセル中の曲げ応力の変化が発生することがないという利点を有する。その際特に、力導入点がロードセル中に移動し、これによって応力無しの柔軟でかつ高さの低いフットが達成され、これが低い秤構造においても使用可能であることは有利である。

図に記載した実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。

ロードセルのためフットの断面図 組み込まれた状態のロードセルおよびこれに組み込まれたフットとプラットフォーム式計量器の部分図

図１に、ロードセル５のためのフットを断面図で示す。このフットは、ロードセル５中にねじ込まれた支承キャップ６、底部プレート２およびこれらの間に設けられ、高さ調整が可能である力伝達ボルト１からなっている。その際、力伝達ボルト１は支承キャップ６内の球形状の力導入面８と、底部プレート２内の球状の力受容面によって柔軟に支承されている。

フットは、好ましくは、図２に部分的に現されたプラットフォーム式計量器のために設けられる。通常これは、長方形状の台１１からなっており、この台の下の四隅の領域に各一つのロードセル５が、力の検出のために下からねじ込まれている。ロードセル５は、ビームとして形成されており、台１１の下に水平に設けられかつ二つのスクリュー１２によってこれに固定されている。これらの固定スクリュー１２と反対側に、ロードセル5は、段状に形成された孔１３を有しており、この孔の中にフットがねじ込まれ、そしてこのフット上でロードセル５は、秤の起立面２８に対して支持されている。その際、このようなフットは、好ましくは定格負荷220kgから4.4tのプラットフォーム式計量器のために設けられている。その際、図１および２に表されたフットは、2.2tの定格負荷のプラットフォーム式計量器のために形成されており、そして65mmから72mmの調整可能な高さを有し、底部プレート２の直径は略50mmである。

フットをロードセル５と接続するために、これは支承キャップ6によって段状に形成された孔１３にねじ込まれている。このため、支承キャップ６もまた同様に段状のボルトとして形成されており、その外側の側面には少なくとも上部の領域に外側ねじ山１４が設けられ、この外側ねじ山が、ロードセルの段状の孔１３内の同様の形式の内側ねじ山にねじ込まれている。支承キャップ６の下部中には、垂直方向の孔が設けられており、この孔の中に、支承カップ７として円錐形の支持面が形成されている。その際、円錐の頂点は、これがロードセル５の中立筋と同じ高さで終了するよう、支承キャップ６内にもたらされている。支承キャップ６は、好ましくは、硬化され磨耗しない特殊鋼によって製造されており、この特殊鋼は定格負荷の際にも殆ど変形しない。支承キャップ６の内側側面には、さらに上部にリング溝１６がもたらされている。このリング溝は持ち上がり防止部材として表現される。

重量の力伝達のため、ロードセル５と力を受容する底部プレート２の間には、支承キャップ６内に垂直方向の力伝達ボルト１が設けられている。この力伝達ボルトは、その軸方向長さを調整可能に形成されている。このため、力伝達ボルト１は、ツーピース式として形成されており、その際、両部材は、長手方向でねじ込み可能なスクリューを介して互いに接続されている。力伝達ボルト１の上部部材２４は、六角パイプ１７、球形アダプター１８、支承球１９およびスクリュー軸２０からなっている。その際、支承球１９は、その球形状の力導入面８でもって球形状の支承カップ７に接しており、そして中立筋１５の高さで上部ジョイント３を形成している。球形状の球形アダプター１８によって、硬化された支承球１９が力伝達ボルト１に接して固定される。球形アダプター１８の下方には、これと六角パイプ１７の間にリング溝が入れられている。このリング溝に、スナップリング２１が持ち上がり防止のためにはめ込まれている。その際、スナップリング２１と上部リング溝１６の間と、支承キャップ６の内側側面と力伝達ボルト１の外直径の間には、少なくとも一から二ミリメートルの遊びが設けられており、上部ジョイント３の横への変位を可能としている。

力伝達ボルト１の下部部材２５は、外側ねじ山および内側ねじ山を有しかつ両側を平らにされた円形パイプ部材２２と、下端部に設けられた球状の力受容面１０からなっている。高さ調整のため、力伝達ボルト１の上部部材２４のスクリュー軸２０は、下部部材２５の内側ねじ山にねじ込まれており、そして両部品の回転によってその軸方向の長さを変更することができる。調整の固定のため、カウンターナット２３が更に設けられている。このカウンターナットは、力伝達ボルト１の下部部材２５の外側ねじ山上に案内されている。力伝達ボルト１は、表わした実施形では略35mmの長さを有し、そして略6mmその軸長を調整可能である。

下部ジョイント４の形成のため、丸い底部プレート2内に、中央孔９が設けられている。その直径は、力伝達ボルト１の上部部材２５の外直径よりも略１から２mm大きい。その際、中央孔９の正面端面は、底部プレート２内に平らに形成されている。力伝達のため、力伝達ボルト１は、その球状の力受容面１０でもって底部プレート孔９の平らな正面端面上に支持されており、および、これとともに下部ジョイント４を形成する。底部プレート孔９の内側側面には、持ち上がり防止のためさらに下部リング溝が設けられている。この下部リング溝内には、同様に、力伝達ボルト１の下部部材２４におけるリング溝３１内のスナップリング２１が、略一から二ミリメートルの遊びを有してはまり込んでいる。

変形をしない力伝達のために、フットの部材は好ましくは、高荷重を与えることができるさびない鋼から製造されており、その際、支承球１９は好ましくは硬化されている。平らでない起立面２８を調整するために、底部プレート２は更に、ゴムディスク２９と接続されている。このゴムディスクによってフットは起立面２８上に支持される。

記載したフットによって台１１上に存在する重量荷重が、以下に記載するように、起立面２８へと伝達される。

重量荷重による台１１の負荷の際、フットの支承キャップ９を介して、抗力がロードセル５へと導入される。その後これは、上部ジョイント３と下部ジョイント４を使って力伝達ボルト１を介して底部プレートへと導出され、そしてその断面を通って起立面２８へと伝達される。定格負荷においては、ロードセル５のビームは、略0.05mmから0.2mm撓むので、好ましくは垂直方向のメンブランにもたらされたひずみゲージがせん断力受容部２６として、自身の電気抵抗を力導入に比例して変化させる。その際、せん断力受容部２６は、中立筋１５に関して対称に設けられている。中立筋内では、曲げ応力はゼロであり、これによって高い計測正確性が達成可能である。

プラットフォーム式計量器においては、重量荷重の際に台１１もまたわずかに撓むので、フットにおいては前述した先行技術に従い、傾倒モーメント（Kippmoment）が、そこにある力伝達要素に伝達され、このことは曲げ応力や垂直でない力の導出へと通じうる。本発明に係るフットにおいては、力導入が、曲げ応力の発生しない中立筋１５の高さで行われるので、そこでは側方の変位が発生せず、上部ジョイント３を中心とした軽い傾倒動作のみが発生する。しかしながらこの傾倒動作は、支承キャップ６内の球形状の支承カップ７のまさに頂点において行われる。この支承キャップ６内には、垂直方向の重量が支承球１９を介して力導入面８によって柔軟に支承されている。これによって、力導入点もまた水平方向にスライドされないので、重力が垂直方向にのみ力伝達ボルト１へと伝達されることが保障される。その際、支承キャップ６の円錐面によって、力導入点が傾倒を行う過程中においても、平らな力導入面上で、大きな半径の転がり面において行われるかもしれないように、水平にスライドされないということが達成される。よって、比較的に小さい円錐形の力導入面８のみが設けられる。この力導入面においては、球直径は、極めて小さく選択されているので、これは、かろうじて許容できる定格負荷を塑性変形に無しに伝達することができる。このため、支承球１９も支承キャップ６も高硬度かつ硬化された錆びない鋼から製造されている。その際支承球１９は、4.4tまでの定格負荷において、好ましくは、4mmから10mmの球直径を有する。このようなフットは、好ましくは、略40mmから90mmの力伝達長さを有する力伝達ボルト１を備えている。同時に球状の力受容面１０の略半径を表すこの長さに関して、力導入面８の半径は、一部であり、好ましくは、50分の1から5分の1、しかも伝達可能な定格負荷に応じて50分の1から5分の1である。このような柔軟な支承部に対して、支承カップ７を円錐形に形成するのみでなく、他の凹面形に曲げられた形成もまた可能である。しかし、そのジョイント点は常に、中立筋１５とフットの対称軸２７の交点上に存在しなければならない。

力導入面８における上部ジョイント３のこのような形成により、台１１が垂直方向で撓んだ際にも、重量が、垂直方向に起立面２８へと伝達されることが保障される。これに加えてフットは、同時に、高さ調整可能なように形成されるので、プラットフォーム式計量器は、水平でない起立面や下部基礎においても配置可能である。これは、力伝達ボルト１の両部材２４，２５の互いに反対に向く回転によって行うことができる。このため、六角パイプ１７と円形パイプ部材２２の平らにされた箇所は、適切なオープンエンドスパナによって、台１１が水平に配置されるまで相対して回転される。その後、固定のために、カウンターナット２３が六角パイプ１７に対して回転され、これによってロックされる。

応力無しの力伝達のため、フットは更に追加的に底部プレート２内に柔軟に支承されている。これに加えて力伝達ボルト１は自身の力受容面１０上に球状に形成されており、これによって、起こりうる力伝達ボルト１の側方の変位の際にも、これが柔軟に平らな中央孔上で転がることができる。これに伴い、力伝達ボルト１の長さと同じ、球状の力受容面１０の半径によって、力導入点が、常に垂直に力受容点の上に存在することが保障される。球状の力受容面１０の半径によって、同時に、力導入点と力受容点の間の間隔が、側方の変位の際にも変化しないままであることが保障され、重量は常にロードセル５に垂直に導入される。したがって、台１１が重量荷重によって撓んだり、側方に変位したりしたとしても本発明に係るフットにより計測エラーの無い、ロードセル５への力の導入が保障される。

１ 力伝達ボルト
２ 底部プレート
３ 上部ジョイント
４ 下部ジョイント
５ ロードセル
６ 支承キャップ
７ 支承カップ
８ 力導入面
９ 孔
１０ 力受容面
１１ 台
１２ スクリュー
１３ 段状の孔
１４ 外側ねじ山
１５ 中立筋
１６ リング溝
１７ 六角パイプ
１８ 球形アダプター
１９ 支承球
２０ スクリュー軸
２１ スナップリング
２２ 円形パイプ部材
２３ カウンターナット
２４ 上部部材
２５ 下部部材
２６ せん断力受容部
２７ 対称軸
２８ 起立面
２９ ゴムディスク
３０ 支持面
３１ リング溝
３２ 袋孔

Claims (6)

1. ロードセル（５）のためのフットであって、力伝達ボルト（１）と底部プレート（２）を有し、その際、力伝達ボルト（１）が、上部ジョイント（３）を介してロードセル（５）と、下部ジョイント（４）を介して底部プレート（２）と柔軟に接続されているものにおいて、
   上部ジョイント（３）が、ロードセル（５）の中に入れられた支承キャップ（６）と内側に存在する支承カップ（７）から成り、この支承カップ内で力伝達ボルト（１）がその上部にある球形状の力導入面（８）でもって支承されており、および下部ジョイント（４）が底部プレート（２）の中に入れられた孔部（９）と平らな支持面から成り、この孔部内で、力伝達ボルト（１）が、その球状の力受容面（１０）でもって支承されており、その際、球状の力受容面（１０）の半径が、力伝達ボルト（１）の長さに略相当し、一方、球形状の力導入面（８）の半径が、一部であり、かつ最大でも力需要面（１０）の半径の５分の１であることを特徴とする前記フット。
2. 支承キャップ（６）が、内部に鉛直方向の中央袋孔（３２）を有し、この袋孔の正面端面が、円錐形の支承カップ（７）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフット。
3. 力伝達ボルト（１）が、ツーピース式に形成されており、その際、上部部材（２４）が球形アダプター（１８）内に固定された支承球（１９）から成り、その際、支承アダプター（１８）が六角パイプ（１７）と接続されており、この六角パイプの下端部に外側ねじ山を有するスクリュー軸（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のフット。
4. 力伝達ボルト（１）の下部部材(２５)が、力受容面（１０）としての球状の支持面（３０）を有する円形パイプ部材(２２)からなり、これがスクリュー軸（２０）の案内と収容のために内側ねじ山を有し、カウンターナット（２３）の案内と収容のために外側ねじ山を有していることを特徴とする請求項３に記載のフット。
5. 力伝達ボルト（１）の上部部材（２４）にも下部部材（２５）にも、持ち上げ防止として、スナップリング（２１）を有するリング溝が設けられており、その際、スナップリング（２１）が、支承キャップ（６）の内部カバー面および底部プレート（２）内の中央孔（９）の、遊びを有する上部及び下部リング溝（３１）内に入り込んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のフット。
6. ロードセル（５）における請求項１から５のいずれか一項に記載のフットの配置において、フットが、ロードセル（５）の孔（１３）内に固定されており、その際、フットの力導入点が、その力導入面（８）により、ロードセル（５）の中立筋上に存在することを特徴とする配置。

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