JP2018049012A - Lateral force insensitive measurement cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、横力不感測定セル(Querkraft−unempfindliche Messzelle)に関する。 The present invention relates to a lateral force-insensitive measurement cell (Querkraft-unempfindrich Messzel).
「測定セル」という概念の下には、ロードセル(Waegezelle)、力センサ(Kraftaufnehmer)および力測定セル(Kraftmesszelle)が同等に含まれる。測定セルは、特に荷重検出装置を構築するのに使用される。公知の測定セルの測定素子は、測定すべき測定軸方向の力に加え、測定軸に対して垂直な別の力(以下、横力という。)が働くと、大幅に精度を落としてしまう。確かに、高い横力(定格荷重より大きな横力)に損害なく耐える、例えば、矩形断面を有するバーの形態の公知のタイプも存在するが、その測定精度は、横力が小さい段階で既に劣化してしまう。 Under the concept of “measurement cell”, a load cell, a force sensor, and a force measurement cell are equally included. The measuring cell is used in particular for constructing a load detection device. The measurement element of a known measurement cell greatly reduces the accuracy when another force perpendicular to the measurement axis (hereinafter referred to as lateral force) acts in addition to the force in the measurement axis direction to be measured. Certainly, there is a known type of bar that has a high lateral force (a lateral force greater than the rated load) without damage, for example, in the form of a bar having a rectangular cross section, but its measurement accuracy has already deteriorated when the lateral force is small. Resulting in.
特許文献1において、横力をある程度補償するのに好適な測定セル用の皿ばね(Plattenfeder)が公知である。しかし、この測定セルにはさらなる改良の余地がある。
In
本発明の課題は、公知の測定セルよりも横力にさらに不感の測定セルを提供することである。 An object of the present invention is to provide a measurement cell that is more insensitive to lateral forces than known measurement cells.
一態様では、力導入領域と、支持体への載置部として構成される(例えば円筒状の)載置部分と、ダイヤフラムとを備える測定セルが提供される。測定セルまたはダイヤフラムは、一部では回転対称の皿ばねともいう。ダイヤフラムは、力導入領域と載置部分との間に配置されている。ダイヤフラムは、軸方向の力導入方向に対して垂直あるいは測定軸に対して垂直に位置する一平面内に位置する。ダイヤフラムは、力が導入されると変形可能であり、有利には、環状かつ測定軸に関して回転対称である。軸方向の力導入方向は、この関連において測定セルの測定軸に相当する。力導入領域は、有利には、軸方向の力導入方向でダイヤフラムの最も高い隆起部と、ダイヤフラムの最も低い延在部との間に位置する力導入面を有する。換言すれば、力導入面は、または力導入点も、ダイヤフラムの上または下にそれほど離れない範囲内に位置する。これにより既に、軸方向の力導入方向に向いていない、つまり、正確には測定セルの測定軸上にない横力のより良好な補償が、保証される。 In one aspect, a measurement cell is provided that includes a force introduction region, a (for example, cylindrical) placement portion configured as a placement portion on a support, and a diaphragm. The measurement cell or diaphragm is also referred to in part as a rotationally symmetric disc spring. The diaphragm is disposed between the force introduction region and the placement portion. The diaphragm is located in a plane that is perpendicular to the axial force introduction direction or perpendicular to the measurement axis. The diaphragm is deformable when a force is introduced, and is preferably annular and rotationally symmetric about the measurement axis. The axial direction of force introduction corresponds in this connection to the measuring axis of the measuring cell. The force introduction region advantageously has a force introduction surface located between the highest raised portion of the diaphragm in the axial force introduction direction and the lowest extension of the diaphragm. In other words, the force introduction surface, or the force introduction point, is located within a range that is not so far above or below the diaphragm. This guarantees a better compensation for lateral forces that are not already in the axial direction of force introduction, ie not exactly on the measuring axis of the measuring cell.
力導入面は、原則、湾曲していてもよいが、好ましくは、平らである。力導入の実体的な構成によっては、力導入面ではなく、力導入点といったほうがよい場合もある。 The force introduction surface may in principle be curved but is preferably flat. Depending on the substantive structure of force introduction, there is a case where the force introduction point is better than the force introduction surface.
測定セルは、概して1つまたは複数の歪みゲージを備える。一般に、歪みゲージの位置についていうとき、当該1つまたは複数(すべて)の歪みゲージが配置されている平面のことをいうことができる。この平面も、軸方向の力導入方向に対して垂直あるいは測定軸に対して垂直に位置する。構成次第では、1つの歪みゲージまたは複数の歪みゲージが、この平面内でダイヤフラムに配置されていることができる。典型的には、複数の歪みゲージがこの平面内で測定軸の周りに均整に分配されている。これにより、ダイヤフラムの変形は、歪みゲージの歪みを発生させ、この歪みから、導入された力の大きさが、一般に公知であるように求められる。 A measurement cell generally comprises one or more strain gauges. In general, when referring to the position of the strain gauge, it can refer to the plane on which the one or plural (all) strain gauges are arranged. This plane is also perpendicular to the axial force introduction direction or perpendicular to the measurement axis. Depending on the configuration, a strain gauge or a plurality of strain gauges can be arranged on the diaphragm in this plane. Typically, a plurality of strain gauges are distributed evenly around the measurement axis in this plane. Thereby, the deformation of the diaphragm generates a strain of the strain gauge, and from this strain, the magnitude of the introduced force is required to be generally known.
力導入面(場合によっては、力導入の点)は、軸方向の力導入方向で、ダイヤフラムに配置される少なくとも1つ、有利にはすべての歪みゲージの平面と略同一のレベルに位置してもよい。 The force introduction surface (possibly the point of force introduction) is in the axial force introduction direction and is located at approximately the same level as the plane of at least one, preferably all strain gauges, arranged on the diaphragm. Also good.
しかし、力導入面(場合によっては、力導入面の最も低い点)は、軸方向の力導入方向で、有利には、ダイヤフラムに配置される少なくとも1つ、有利には、すべての歪みゲージの平面より上側に位置してよいが、ダイヤフラムの最も高い隆起部よりは下側に位置してもよい。ダイヤフラムの領域では、材料が典型的には部分的に薄肉化されていることから、ダイヤフラムが1つまたは複数の領域で他の領域よりも厚いことがある。最大の厚みあるいは最高の厚さをもつこの領域は、最も高い隆起部の領域である。力導入面あるいは力導入点は、ダイヤフラムの最大の厚さ/厚みの範囲内に位置するとともに、上述の1つまたは複数の歪みゲージの平面より少なくとも僅かに上側に位置する。 However, the force introduction surface (in some cases the lowest point of the force introduction surface) is the axial force introduction direction, preferably of at least one, advantageously all strain gauges arranged in the diaphragm. Although it may be located above the plane, it may be located below the highest raised portion of the diaphragm. In the diaphragm region, the material is typically partially thinned, so the diaphragm may be thicker in one or more regions than in other regions. This region with the greatest or highest thickness is the region of the highest ridge. The force introduction surface or force introduction point is located within the maximum thickness / thickness range of the diaphragm and at least slightly above the plane of the one or more strain gauges described above.
一形態において、ダイヤフラムは、少なくとも1つの第1の溝および/または第2の溝を有していてもよい。この1つまたはこれら2つの溝により、材料は薄肉化され、ひいては変形性が達成される。第1および第2の溝が設けられている場合、ダイヤフラムは、容易に製造可能である。溝は、ダイヤフラムと同様、好ましくは回転対称に、同心的であって、軸方向の力導入方向に対して垂直な平面内に位置する。溝が2つある場合、ダイヤフラムの最大の隆起部あるいは最大の厚みの領域は、両溝間に位置していてよい。 In one form, the diaphragm may have at least one first groove and / or second groove. With this one or these two grooves, the material is thinned and thus deformable. When the first and second grooves are provided, the diaphragm can be easily manufactured. The groove, like the diaphragm, is preferably rotationally symmetric, concentric and located in a plane perpendicular to the axial force introduction direction. When there are two grooves, the largest bulge of the diaphragm or the region with the largest thickness may be located between the two grooves.
第1の溝と第2の溝とは、同じ(内)アールを有していてもよい。これも製造を容易にする。 The first groove and the second groove may have the same (inner) radius. This also facilitates manufacture.
第1の溝および第2の溝は、ダイヤフラムの、少なくとも1つ(すべて)の歪みゲージとは反対側に配置されていてよい。これにより歪みゲージの平面/面は、フラットあるいは平らなままであり、これも製造を容易にする。 The first groove and the second groove may be disposed on the opposite side of the diaphragm from at least one (all) strain gauge. This leaves the plane / surface of the strain gauge flat or flat, which also facilitates manufacture.
測定セルは、有利には、力導入領域内に配置されている(第3の)溝を有していてもよい。この(第3の)溝は、ダイヤフラムと力導入面との間に位置することができる。この(第3の)溝は、横力の補償をさらに改善し、力導入領域をダイヤフラムから追加的に切り離す。この(第3の)溝は、ダイヤフラムの、少なくとも1つの歪みゲージも配置されている側に位置することができる。第3の溝は、第1および第2の溝の(内)アールと同じ(内)アールを有していてもよい。これも製造を容易にする。 The measuring cell may advantageously have a (third) groove arranged in the force introduction region. This (third) groove may be located between the diaphragm and the force introduction surface. This (third) groove further improves lateral force compensation and additionally decouples the force introduction region from the diaphragm. This (third) groove may be located on the side of the diaphragm where at least one strain gauge is also arranged. The third groove may have the same (inner) radius as the (inner) radius of the first and second grooves. This also facilitates manufacture.
力導入領域は、凹部、特に止まり穴として形成されていてもよい。凹部あるいは止まり穴は、有利には、第1の安定化リングにより包囲されている。 The force introduction region may be formed as a recess, particularly as a blind hole. The recess or blind hole is advantageously surrounded by a first stabilization ring.
測定セルは、ダイヤフラムを取り巻く環状の第2の安定化リングを備えていてもよい。第2の安定化リングは、さらなる切り離しを生む。 The measurement cell may comprise an annular second stabilization ring surrounding the diaphragm. The second stabilization ring creates further separation.
第1の安定化リングおよび第2の安定化リングは、軸方向の力導入方向でダイヤフラムより明らかに厚み/厚さがある。 The first stabilization ring and the second stabilization ring are clearly thicker / thicker than the diaphragm in the axial force introduction direction.
測定セルは、第2の安定化リングと載置部分との間に配置されている補償ウェブを備えていてもよい。補償ウェブは、追加的な切り離しを生む。 The measurement cell may comprise a compensation web arranged between the second stabilization ring and the mounting part. The compensation web creates an additional disconnect.
一態様では、補償ウェブは、略垂直に、かつ軸方向の力導入方向(測定軸方向)で第2の安定化リングと載置部分との間を延在していてもよい。これにより、測定セルの空間的な広がり(最大の直径)は、小さく保たれる。 In one aspect, the compensation web may extend between the second stabilization ring and the mounting portion in a substantially vertical and axial force introduction direction (measurement axis direction). Thereby, the spatial extent (maximum diameter) of the measurement cell is kept small.
補償ウェブは、環状の曲げばね(板ばね)として構成されていてもよい。補償ウェブは、有利には、少なくとも1つの湾曲部を有していてもよい。特に湾曲部は、一定の曲率半径を有する1つまたは複数の領域を有していてもよい。これも製造を容易にする。 The compensation web may be configured as an annular bending spring (leaf spring). The compensation web may advantageously have at least one curve. In particular, the curved portion may have one or more regions having a constant radius of curvature. This also facilitates manufacture.
測定セルは、ロードピンを力導入領域に連結する連結手段あるいは取り付け手段、特に別の溝および対応するスナップリングの形態の連結手段あるいは取り付け手段を備えていてもよい。この溝と、場合によってはスナップリングとは、有利には、力導入領域の凹部あるいは止まり穴内に配置されていることができる。ロードピンは、拡大された頭部と、頭部に比して細身の軸部とを有していることができる。溝およびスナップリングは、この場合、スナップリングが装入されているとき、ロードピンの頭部がもはや止まり穴から引き抜かれ得ないように構成されていることができる。これにより、測定セルからのロードピンの脱離が防止でき、このことは、持ち上げ力の受容を可能にする。 The measuring cell may comprise connection means or attachment means for connecting the load pin to the force introduction region, in particular connection means or attachment means in the form of separate grooves and corresponding snap rings. This groove and possibly the snap ring can advantageously be arranged in a recess or blind hole in the force introduction region. The load pin can have an enlarged head and a shaft portion that is thinner than the head. The groove and the snap ring can in this case be configured such that the head of the load pin can no longer be pulled out of the blind hole when the snap ring is inserted. This prevents the load pin from detaching from the measuring cell, which allows the lifting force to be received.
測定セルは、特に有利には、DIN EN 10088−3による1.4418タイプあるいはDIN EN 10272によるX4CrNiMo16−5−1タイプの鋼から製造されている。この鋼は、良好な機械的ヒステリシス特性の点で優れている。測定セルは、特に有利には、一体にまたは大部分一体に上述の材料から製造されている。 The measuring cell is particularly preferably produced from steel of the type 1.4418 according to DIN EN 10088-3 or the X4CrNiMo16-5-1 type according to DIN EN 10272. This steel is excellent in terms of good mechanical hysteresis properties. The measuring cell is particularly preferably manufactured from the above-mentioned materials in one piece or mostly in one piece.
以下に、本発明の特徴および態様について、実施の形態を基に、添付図面を参照しつつ詳述する。 Hereinafter, features and aspects of the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the accompanying drawings.
実施の形態の詳細な説明
図1は、測定セル1(ロードセルともいう)の一実施の形態の概略斜視図である。測定セル1は、主として力導入領域2を備え、力導入領域2は、本形態では、止まり穴5として測定セル1の中央に存在し、第1の安定化リング15により包囲されている。止まり穴5の端部には、力導入面3が存在する。この力導入面3には、使用時、例えば、凸状に成形されたボルト頭あるいはロードピンが当てられ(図示せず)、相応の力を測定セル1に導入する。さらに測定セル1は、環状のダイヤフラム6を備え、ダイヤフラム6は、円形の皿ばねまたは回転対称の皿ばねともいう。ダイヤフラム6の領域では、材料厚みが部分的に減じられており、これについては、追ってさらに詳細に説明する。ダイヤフラム6あるいは円形の皿ばねを取り巻くように、第2の安定化リング7(補償リングともいう)が存在する。また、第2の安定化リング7は、載置部分9に補償ウェブ8を介して結合されている。補償ウェブ8は、同じくばねあるいは板ばねとして形成されている。
Detailed Description of Embodiments FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of a measurement cell 1 (also referred to as a load cell). The
図2は、図1に示した測定セル1の側面図である。この側方からの視点でも、第2の安定化リング7、補償ウェブ8(あるいは補償ばね)、載置部分9、載置部分9の載置面10および載置面10の外アール11が見て取れる。
FIG. 2 is a side view of the
さらに図2には、軸方向の成分FAXと、横力成分FQとを有し得る力Fを記入してある。軸方向の成分は、軸方向の力導入方向AXを向いている、あるいは測定セル1の測定軸上にある。横力成分は、横方向の力または半径方向の力を意味しており、この力は、本発明により最適に補償されるべきものである。
Further, FIG. 2 shows a force F that can have an axial component F AX and a lateral force component F Q. The axial component is in the axial force introduction direction AX or on the measurement axis of the
図3は、図1および図2に示した測定セル1の平面図である。本図には、今度は上方から、力導入領域2内の止まり穴5内部の力導入面3が再び看取可能である。さらに、環状、特に回転対称のダイヤフラム6ならびに第1の安定化リング15、第2の安定化リング7および載置部分9も図示されている。さらなる詳細については、図4に示したA−A断面図を参照しつつ説明する。
FIG. 3 is a plan view of the
図4は、図1ないし3に示した測定セル1を図3に示した切断線A−Aに沿って切断した断面図である。測定セル1は、本実施の形態では、力導入領域2と、支持体上への載置部として構成される(例えば円筒状の)載置部分9と、ダイヤフラム6とを備える。ダイヤフラム6は、力導入領域2と載置部分9との間に配置されている。ダイヤフラム6は、軸方向の力導入方向AXに対して垂直あるいは測定軸に対して垂直に位置する一平面内に位置する。ダイヤフラム6は、力が導入されると変形可能である。ダイヤフラムは、環状であり、測定軸AXに関して回転対称である。力導入領域2は力導入面3を有する。力導入面は、軸方向の力導入方向AXにおいてダイヤフラム6の最も高い隆起部61と、ダイヤフラム6の最も低い延在部17との間に位置する。力導入面3は、軸方向の力導入方向AXにおいてダイヤフラム6と略同一のレベルに位置する。換言すれば、力導入面3は、または場合によっては力導入点も、ダイヤフラム6の上または下にそれほど離れない範囲内に位置する。これにより、軸方向の力導入方向AXに向いていない、つまり、正確には測定セル1の測定軸上にない横力FQのより良好な補償が、保証される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
力導入面3は、湾曲して形成されていても、平らに形成されていてもよい。力導入面が湾曲している場合、力導入面3は、凸状であっても(すなわち、中央部が縁部より高くても)、凹状であっても(すなわち、中央部が低くなっていても)よい。力導入面3が凸状である場合、対応するロードピンは、平らな押圧部材を有していればよい。力導入面3が凹状であるときは、対応する球状の押圧部材を有するロードピンが使用可能であり、球状の押圧部材は、凹状の力導入面3より小さい半径あるいは強い曲率を有している。したがって、力導入の実体的な構成によっては、力導入面ではなく、力導入点といったほうがよい場合もある。
The
測定セルは、主として1つまたは複数の歪みゲージ12,13を備える。一般的に、歪みゲージ12,13の位置については、当該1つまたは複数(すべて)の歪みゲージが配置されている平面のことをいうことができる。この平面も、軸方向の力導入方向に対して垂直あるいは測定軸に対して垂直に位置する。構成次第では、1つの歪みゲージ12,13または複数の歪みゲージが、この平面内でダイヤフラム6に配置されていることができる。典型的には、歪みゲージ12,13は、測定軸AXに対して垂直な平面内で、測定軸AXの周りに均等に分配されている。これにより、ダイヤフラム6の変形は、歪みゲージ12,13の歪みを発生させ、この歪みから、導入された力FAXの大きさ(値)が、一般的に公知であるように求められる。相応に接続通路14が設けられており、接続通路14を通して電気線路が、測定セル1内部に敷設可能であり、これにより、歪みゲージ12,13に接続することができる。
The measuring cell mainly comprises one or
好適な箇所での測定のために、ダイヤフラム6の領域の伸び縮みは、歪みゲージ12,13により測定することができるように十分に大きくなければならない。加えて、歪みゲージ12,13は、十分に大きな測定信号を提供しなければならない。このことは、まず、両溝N1およびN2の構成によって達成される。溝N1およびN2については、以下でさらに詳しく説明する。さらに、ダイヤフラム6の相応の変形は、横力が変形を局所的に異ならせることがあるので、周方向に沿った十分に多くの箇所で分散して測定されねばならない。有利にはこのために、例えば、6つの歪みゲージが使用可能である。しかし、単一の環状の歪みゲージを使用することも可能である。構成次第でダイヤフラム6に沿って1つの環状の歪みゲージが選択されても、複数の個別の歪みゲージ12,13が設けられていてもよい。有利な一形態では、6つの歪みゲージが設けられている。
For measurement at a suitable location, the expansion and contraction of the area of the
本実施の形態において、力導入面3(場合によっては、力導入面の最も低い点)は、軸方向の力導入方向AXで、有利には、ダイヤフラムに配置される歪みゲージ12,13より上に位置するが、ダイヤフラム6の最も高い隆起部61よりは下に位置する。ダイヤフラムの領域では、材料が典型的には部分的に薄肉化されていることから、ダイヤフラム6が1つまたは複数の領域で他の領域よりも厚いことがある。最高の厚みあるいは最大の厚さをもつこの領域は、最も高い隆起部61の領域である。力導入面3あるいは力導入点は、軸方向AXでダイヤフラム6の最大の厚さ/厚みの範囲内に位置するとともに、上述の1つまたは複数の歪みゲージ12,13の平面より少なくとも僅かに上側に位置する。
In the present embodiment, the force introduction surface 3 (possibly the lowest point of the force introduction surface) is the axial force introduction direction AX, advantageously above the strain gauges 12, 13 arranged on the diaphragm. It is located below the
別の一実施の形態(図示せず)では、力導入面3(場合によっては、力導入の点)は、軸方向の力導入方向AXで、ダイヤフラムに配置される少なくとも1つ、有利にはすべての歪みゲージ12,13の平面と略同一のレベルに位置してもよい。
In another embodiment (not shown), the force introduction surface 3 (possibly the point of force introduction) is an axial force introduction direction AX, preferably at least one arranged on the diaphragm, advantageously It may be located at substantially the same level as the plane of all
本実施の形態では、ダイヤフラム6は、第1の溝N1および第2の溝N2を有する。これらの両溝N1,N2により、材料は薄肉化され、ひいては変形性が達成される。溝N1,N2は、ダイヤフラム6と同様、好ましくは回転対称に同心的であって、軸方向の力導入方向AXに対して垂直な一平面内に位置する。本形態のように溝N1,N2が2つある場合、ダイヤフラム6の最大の隆起部61あるいは最大の厚みX1の領域は、両溝N1,N2間に位置する。換言すれば、部分的に溝N1,N2により薄肉化されるダイヤフラム6の材料厚みも、概してX1とすることができる。
In the present embodiment, the
さらに本形態では、第1の溝N1と第2の溝N2とは、同じ(内)アールR1,R2(R1=R2)を有する。加えて溝N1,N2は、半トーラス形あるいは断面図で見て半円形である。半トーラス形の溝N1,N2は、製造を容易にするが、必須ではない。特にアールR1およびR2は、それぞれ異なって形成されていてもよい。また、溝N1,N2は、半トーラス形の形状とは異なる形状を有していてもよい。 Further, in the present embodiment, the first groove N1 and the second groove N2 have the same (inner) radius R1, R2 (R1 = R2). In addition, the grooves N1 and N2 have a semi-torus shape or a semicircular shape when viewed in a cross-sectional view. The semi-torus-shaped grooves N1, N2 facilitate manufacturing, but are not essential. In particular, R1 and R2 may be formed differently. Further, the grooves N1, N2 may have a shape different from the semi-torus shape.
第1の溝N1および第2の溝N2は、ダイヤフラム6の、歪みゲージ12,13とは反対側に配置されている。
The first groove N1 and the second groove N2 are disposed on the opposite side of the
測定セル1は、有利には、力導入領域内に配置されている(第3の)溝N3を有する。この(第3の)溝N3は、ダイヤフラム6と力導入面3との間に位置する。(第3の)溝N3は、横力の補償をさらに改良し、力導入領域2をダイヤフラム6から追加的に切り離す。(第3の)溝N3は、ダイヤフラムの、歪みゲージ12,13が配置されている側に位置する、あるいは歪みゲージ12,13の側から材料内に凹設されている。第3の溝N3は、(内)アールR3を有し、(内)アールR3は、図示の実施の形態では、第1および第2の溝N1,N2の(内)アールR1,R2と同じである。アールR1,R2,R3が同じであることにより、製造は容易になる。3つの溝N1,N2,N3は、それぞれ互いに異なる横断面あるいは幾何学形状を有していてもよい。しかし、(第3の)溝N3は、第1および第2の溝N1,N2より深い。特に定格荷重が小さい場合は、N3は省略可能である。
The measuring
力導入領域2は、止まり穴5を有する。止まり穴5は、第1の安定化リング15により包囲されている。
The
測定セル1は、ダイヤフラム6を取り巻く環状の第2の安定化リング7を備える。第2の安定化リング7は、さらなる切り離しを生む。
The measuring
第1の安定化リング15および第2の安定化リング7は、軸方向の力導入方向AXにおいてダイヤフラム6より明らかに厚み/厚さがある。第1の安定化リングは、止まり穴5と(第3の)溝N3との間に厚みX2を有する。止まり穴5の下、つまり、力導入面3と載置部分9との間の厚みは、少なくともX3である。第2の安定化リング7の厚みは、X4である。X2,X3,X4>>X1が成立する。すなわち、安定化リングの厚みX2,X3,X4は、概して(すべて軸方向AXで)ダイヤフラム6の厚みX1より明らかに大きい。このとき、X2は、X4より大きくても、X4と同じでも、X4より小さくてもよい。これは、主として製造の観点による。これに対して、寸法X3は、主に定格荷重に基づく。
The
測定セル1は、第2の安定化リング7と載置部分9との間に配置されている補償ウェブ8を備える。さらに補償ウェブ8の厚みX5は、好ましくは、ダイヤフラム6の厚みX1より小さい。補償ウェブ8は、載置部分9の環状の載置面10が、本来の測定が行われるダイヤフラム6に及ぼす影響を軽減する。補償ウェブ8は、略垂直に、つまり、軸方向の力導入方向AXにおいて(あるいは測定軸方向において)第2の安定化リング7と載置部分9との間を延在する。これにより、測定セル1の空間的な広がり(最大の直径)は、小さく保たれる。補償ウェブ8は、単に、略垂直の湾曲ばねと称してもよい。補償ウェブ8は、測定セル1の外側を巡るように、具体的には、安定化リング7の下(あるいは外側の安定化リングの下)を延びている。このことは、荷重がかかったときの載置部分9の傾倒も防止する。
The measuring
補償ウェブ8は、環状の曲げばね(板ばね)として構成されている。補償ウェブは、横断面で見て実質的に1つの湾曲部KRを有する。さらに補償ウェブ8は、安定化リング7および載置部分9と比較して明らかに減じられた材料厚みを有する。これらすべては、アールR6,R4およびR5により達成される。補償ウェブ8の横断面は、載置部分9から出発して、まず、半径方向外側に向かって延び、その後、湾曲部KRで短い区間半径方向内側に向かって延び、安定化リング7に通じている。載置部分9および第2の安定化リング7における補償ウェブ8の接続領域は、軸方向AXで互いに略重なっている。
The
加えて、測定セル1は、ロードピン(図示せず)を力導入領域2に連結する(第5の)溝N5および対応するスナップリング(図示せず)の形態の連結手段あるいは取り付け手段4を備える。この(第5の)溝N5と、場合によってはスナップリングとは、力導入領域2の止まり穴5内に配置されている。ロードピンは、拡大された頭部と、この頭部に比して細身の軸部とを有することができる。スナップリングが(第5の)溝N5内に装入されているとき、ロードピンの頭部がもはや止まり穴5から引き抜かれ得ないように、(第5の)溝N5およびスナップリングを構成することができる。かくして、ロードピンを止まり穴5から引き抜くには、スナップリングおよび/または第1の安定化リング15を破壊しなければならないため、極めて大きな力が必要になる。この力は、測定セル1の定格荷重より遙かに大きく、それゆえ、持ち上がり防止手段として利用可能である。この構成により、上側の面が下側の面に対して相対的に傾く可能性が引き続き保たれる。傾きは、実際には、フレーム、容器および構造の曲げに基づいて常に起こり得るが、これにより付加的な力が測定セル1に生じることはない。
In addition, the measuring
図面には示していないロードピンあるいはボルトは、力を、場合によっては球のアールで極めて局所的に止まり穴5あるいは力導入面3に導入する。このとき、定格荷重がそれほど小さくない場合、止まり穴5を取り巻く内側領域も変形する。この変形は、付加的に横力FQが存在しているときは、非対称となる。止まり穴5を取り巻く第2の安定化リング15も、これを完全に防止することはできない。ここで、環状の(第3の)溝N3は、有利には、荷重導入部分2内のこの内側の荷重導入をダイヤフラム6から切り離す。(第3の)溝N3は、有利には、ロードピン用の止まり穴5の力導入面3より高く位置する端部を有する。定格荷重が小さい場合は、N3は省略可能である。
A load pin or bolt, not shown in the drawing, introduces the force into the
止まり穴5内には、ロードピンの運動自由度を高める(第4の)溝N4が設けられていてもよい。
In the
本実施の形態において、力導入部分15の表面は、安定化リング7の表面に対して軸方向AXにおいて距離D1の分だけ下げられている。開口あるいは孔は、ねじ山16を有し、ねじ山16は、測定セル1を別のコンポーネントに連結するのに用いられる。
In the present embodiment, the surface of the
測定セルは、有利には、耐食鋼あるいはステンレス鋼から製造されている。測定セルの鋼の好ましい組成は、
少なくとも:C:−;Si:−;Mn:−;P:−;S:−;Cr:15.0%;Mo:0.8%;Ni:4.0%;N:0.02%;Fe:残り
最大:C:0.06%;Si:0.7%;Mn:1.5%;P:0.04%;S:0.03%;Cr:17.0%;Mo:1.5%;Ni:6.0%;N:−
である。
The measuring cell is advantageously made from corrosion-resistant steel or stainless steel. The preferred composition of the steel of the measuring cell is
At least: C:-; Si:-; Mn:-; P:-; S:-; Cr: 15.0%; Mo: 0.8%; Ni: 4.0%; N: 0.02%; Fe: remainder Max: C: 0.06%; Si: 0.7%; Mn: 1.5%; P: 0.04%; S: 0.03%; Cr: 17.0%; Mo: 1 .5%; Ni: 6.0%; N: −
It is.
特に有利には、DIN EN 10088−3による1.4418タイプあるいはDIN EN 10272によるX4CrNiMo16−5−1タイプの鋼が使用される。測定セルは、特に有利には、一体にまたは大部分一体に上述の材料により製造されている。 Particular preference is given to using steels of the type 1.4418 according to DIN EN 10088-3 or the X4CrNiMo16-5-1 type according to DIN EN 10272. The measuring cell is particularly advantageously made of the above-mentioned material in one piece or mostly in one piece.
上述の鋼、特に1.4418タイプの鋼は、極めて良好な機械的特性(例えば、耐摩耗性)ならびに良好な溶接性およびマルテンサイト系の素材と比較して高められた耐食性を兼備する。 The steels mentioned above, in particular the 1.4418 type steel, combine very good mechanical properties (eg wear resistance) as well as good weldability and enhanced corrosion resistance compared to martensitic materials.
1 測定セル、 2 力導入領域、 3 力導入面、 4 連結手段(溝)、 5 止まり穴、 15 第1の安定化リング、 6 ダイヤフラム、 61 ダイヤフラムの最も高い隆起部、 7 第2の安定化リング(補償リング)、 8 補償ウェブ、 9 載置部分(載置リング)、 10 載置部分の載置面、 11 載置面の外アール、 12,13 歪みゲージ、 14 接続通路、 16 ねじ山、 N1 第1の溝、 R1 第1のアール、 N2 第2の溝、 R2 第2のアール、 N3 第3の溝、 R3 第3のアール、 N4 第4の溝、 N5 第5の溝(持ち上がり防止溝)、 R4 第4のアール(補償ウェブ8)、 R5 第5のアール(補償ウェブ8)、 R6 第6のアール(補償ウェブ8)、 X1 ダイヤフラムの最大の厚み、 X2 第1の安定化リングの最大の厚み、 X3 力導入面の下の材料厚み、 X4 第2の安定化リングの厚み、 D1 第1の安定化リングの表面と第2の安定化リングの表面との間のオフセット量、 FAX 軸方向の力(測定軸方向の力)、 FQ 横力(横方向または半径方向の力)、 AX 軸方向(測定軸;軸方向の力導入方向)、 F 力、 KR 湾曲部、 17 最も低い延在部 1 measurement cell, 2 force introduction area, 3 force introduction surface, 4 connecting means (groove), 5 blind hole, 15 first stabilization ring, 6 diaphragm, 61 highest ridge of diaphragm, 7 second stabilization Ring (compensation ring), 8 Compensation web, 9 Placement portion (placement ring), 10 Placement surface of placement portion, 11 Outer radius of placement surface, 12, 13 Strain gauge, 14 Connection path, 16 Thread , N1 first groove, R1 first radius, N2 second groove, R2 second radius, N3 third groove, R3 third radius, N4 fourth groove, N5 fifth groove (lifting) Prevention groove), R4 4th radius (compensation web 8), R5 5th radius (compensation web 8), R6 6th radius (compensation web 8), X1 maximum thickness of diaphragm, X2 first stabilization Maximum thickness of the ring, X3 Material thickness below the guide surface, X4 second stabilizing ring thickness, D1 offset, F AX axial force between the first stabilization ring surface and a second stabilization ring surface ( Force in the measurement axis direction), FQ lateral force (lateral or radial force), AX axis direction (measurement axis; axial force introduction direction), F force, KR curved portion, 17 lowest extension
Claims (15)
支持体への載置部として構成される載置部分(9)と、
前記力導入領域(2)と前記載置部分(9)との間に配置され、力が導入されると変形可能な環状のダイヤフラム(6)と、
を備え、
前記力導入領域(2)は、力導入面(3)を有する、
測定セル(1)において、
前記力導入面(3)は、軸方向の力導入方向(AX)において前記ダイヤフラム(6)の最も高い隆起部(61)と、前記ダイヤフラム(6)の最も低い延在部(17)との間に配置されている、
ことを特徴とする測定セル(1)。 Force introduction area (2),
A placement portion (9) configured as a placement portion on a support;
An annular diaphragm (6) disposed between the force introduction region (2) and the mounting portion (9) and deformable when a force is introduced;
With
The force introduction region (2) has a force introduction surface (3),
In the measurement cell (1),
The force introduction surface (3) is formed by the highest raised portion (61) of the diaphragm (6) and the lowest extension portion (17) of the diaphragm (6) in the axial force introduction direction (AX). Arranged between,
A measuring cell (1) characterized in that.
前記第2の安定化リング(7)と前記載置部分(9)との間に配置された補償ウェブ(8)と、
を備える、請求項1から10までのいずれか一項に記載の測定セル(1)。 An annular second stabilization ring (7) surrounding the diaphragm (6);
A compensation web (8) disposed between said second stabilization ring (7) and said mounting part (9);
Measuring cell (1) according to any one of the preceding claims, comprising:
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