KR20160037232A - 조정이 간단한 로드형 힘 변환기 - Google Patents

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베르너 슐라흐터
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호팅거 발트빈 메스테흐닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 압축력 및 인장력을 측정하기 위한 힘 변환기(101)에 관한 것으로, 상기 힘 변환기는, 적어도 하나의 전면(103), 후면, 좌측면(105), 우측면(106), 상부 단부면(107), 하부 단부면(108), 그리고 변형 바디(102)에 부착되어 상기 변형 바디(102)의 종방향 신장 및 횡방향 신장을 측정하도록 세팅된 적어도 4개의 스트레인 게이지(117, 118, 119)를 구비한 로드형 변형 바디(102)를 갖는다. 전면(103)에는 변형 바디(102)의 중심 종축(L)과 중심 횡축(Q1) 사이의 교점(S)의 영역에 전방의 장형 리세스(109)가 제공된다. 전방의 장형 리세스(109)의 맞은편으로 후면에는 후방의 장형 리세스가 제공된다. 좌측면(105)에는 중심 횡축(Q1) 위로 적어도 좌측 상부 오목부(112)가 제공되고, 중심 횡축(Q1) 아래로 좌측 하부 오목부(113)가 제공된다. 좌측면에 제공된 상기 오목부들 각각의 맞은편으로, 우측면(106)에는 적어도 우측 상부 오목부(114) 및 우측 하부 오목부(115)가 제공된다. 전방의 장형 리세스(109)와 좌측 상부 오목부(112) 사이의 최단 연결 라인(V)과 중심 횡축(Q1) 사이의 각도(α)는 17°이상, 29°이하이다.

Description

조정이 간단한 로드형 힘 변환기{ROD-SHAPED FORCE TRANSDUCER WITH SIMPLIFIED ADJUSTMENT}
본 발명은 공지된 로드형 힘 변환기보다 더 용이하게 조정될 수 있는 로드형 힘 변환기에 관한 것이다.
로드형 측정 바디 또는 변형 바디에 부착된 스트레인 게이지에 의해 변형 바디의 종방향 신장 및 횡방향 신장이 각각 검출되는 로드형 힘 변환기가 공지되어 있다. 또한, 스트레인 게이지에 의해 생성되는 전기 신호로부터 측정될 힘이 결정될 수 있다. 힘 변환기가 중량계를 구성하기 위해 제공되는 경우, 이러한 힘 변환기는 로드 셀(load cell)로도 지칭된다.
언급된 유형의 로드형 힘 변환기의 경우, 회전 조정으로도 지칭되는 복잡한 조정을 요한다. 따라서, 변형 바디 또는 스트레인 게이지에서의 제조로 인한 공차에 대해 대응해야 하고, 힘 변환기는 측력의 영향 또는 횡력의 영향에 대해 그리고 이로써 힘 도입 시 변동에 대해 민감하지 않아야 한다.
회전 조정은 다음과 같이 구현된다. 로드형 힘 변환기의 일측 단부는 고정 장치에 클램핑된다. 힘 변환기의 타측 단부는 부하 장치를 통해 부하된다. 상기 과정은 클램핑된 힘 변환기와 함께 90°만큼 고정 장치의 각각의 회전 이후 3회 더 반복된다. 다양한 회전 위치에서 힘 변환기의 측정값들로부터, 조정이 필요한 지의 여부가 추론된다. 조정이 필요하면, 힘 변환기는 다시 수 회 회전되어 재료 제거를 통한 기계적 조정 및/또는 전기적 조정이 실행된다. 대안적으로, 힘 변환기가 회전되는 것이 아니라 부하 장치가 회전되는 조정이 실행될 수도 있다. 이러한 경우, 기계적 조정을 위해 복수의 재료 제거 장치 또는 회전 가능한 재료 제거 장치가 필요하다.
회전 조정은 항상 복수의 회전 및 부하를 요한다. 따라서, 회전 조정의 실행은 복잡하다.
EP 0 800 064 B1호에는 위에서 설명된 유형의 로드형 힘 변환기가 설명되어 있고 이에 대해 실행된 회전 조정이 언급되어 있다. DE 44 16 442 A1호에는 회전 조정이 더 상세히 기재되어 있다.
이러한 유형의 회전 조정에 따르면, 다음의 효과에 의해 측정 결과가 왜곡될 위험이 존재한다. 변형 바디의 정면측 단부에서 힘 도입면에 걸쳐 힘이 로드형으로 구성된 변형 바디의 종축에 대해 완전히 동축으로 도입되지 않고/않거나 추가의 횡력이 작용하면, 변형 바디는 종축에 대해 횡방향으로 균일하게 변형되는 것이 아니라 일측으로 변형된다. 달리 표현하면, 변형 바디가 일측으로 기울어지고 종축에 대해 동축으로 변형되지 않음으로써, 힘 라인은 더이상 원하는 방식으로 진행되지 않는다. 이는 측정 결과의 왜곡을 초래한다.
회전 조정 이외에, 예컨대 온도 조정도 실행됨으로써, 위에서 설명된 유형의 공지된 로드형 힘 변환기의 경우 전체적으로 복수의 조정 조치가 실행된다.
GB 2 162 322 A호로부터, 단부면에 측정될 힘이 작용하는 원통형 압축 바디를 구비한 로드형 힘 변환기도 공지되어 있다. 상기 힘 변환기는 힘 방향에 대해 종방향으로 배향되고 서로 대면하여 위치하는 2개의 긴 구멍을 포함하고, 상기 긴 구멍의 베이스면은 힘 방향에 대해 종방향 및 횡방향으로 배치된 스트레인 게이지 스트립이 제공되어 있는 웨브를 형성한다. 상기 웨브는 힘 방향으로 스트레인 게이지 스트립의 전방 및 후방에 각각 하나의 관통 보어를 갖는다. 2개의 보어로 인해, 힘의 작용 시 힘 라인은 두 보어들 옆을 지나 진행한다. 이로써, 스트레인 게이지 스트립이 위치하는 압축 바디의 중심에서 힘 라인도 점점 더 불균일하게 분배된다. 2개의 보어의 직경이 더 클수록 그리고 스트레인 게이지 스트립에 대한 보어의 거리가 작을수록, 웨브 중 스트레인 게이지 스트립들 사이에 위치하는 영역을 통해 힘 라인이 더 적게 진행한다. 2개의 긴 구멍이 깊고/깊거나 넓으면, 힘 변환기의 민감도는 증가할 수 있다. 2개의 보어의 직경이 확대되면, 민감도는 감소할 수 있다.
GB 2 162 322 A호에 기재된 힘 변환기의 경우, 선형 특성 곡선을 갖는 측정 영역을 확대하기 위해, 재료 제거를 통해 측정 거동이 영향을 받는다. 이러한 경우 2개의 긴 구멍이 깊고/깊거나 넓어짐으로써 힘 변환기의 민감도가 증가되고, 2개의 보어의 직경이 확대됨으로써 감소된다. 따라서, 선형 특성 곡선을 갖는 측정 영역이 매우 정확하게 설정되어야 한다. 이는 반복적이고 복잡한 과정이다.
본 발명의 과제는, 자신의 변형 바디 또는 자신의 스트레인 게이지의 경우 제조로 인한 공차를 보상하기 위해 재료 제거를 통한 기계적 조정 및/또는 전기적 조정이 필요치 않지만, 그럼에도 불구하고 매우 선형으로 작동하고 매우 정확한 측정 결과를 제공하는 힘 변환기를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 1에 따른 힘 변환기에 의해 해결된다. 힘 변환기의 바람직한 실시예는 종속항들에 기재된다.
청구항 1에 따라, 압축력 및 인장력을 측정하기 위한 힘 변환기는 적어도 전면, 후면, 좌측면, 우측면, 상부 단부면, 및 하부 단부면을 갖는 하나의 로드형 변형 바디와; 상기 변형 바디에 부착되어 상기 변형 바디의 종방향 신장 및 횡방향 신장을 측정하도록 세팅된 적어도 4개의 스트레인 게이지를 포함한다. 상기 전면에는 변형 바디의 중심 종축과 중심 횡축 사이의 교점의 영역에 전방의 장형 리세스가 제공된다. 상기 전방의 장형 리세스의 맞은편으로 후면에는 후방의 장형 리세스가 제공된다. 좌측면에는 중심 횡축 위로 적어도 좌측 상부 오목부가 제공되고, 중심 횡축 아래로 좌측 하부 오목부가 제공된다. 이들 오목부들 각각의 맞은편으로, 우측면에는 적어도 우측 상부 오목부 및 우측 하부 오목부가 제공된다. 전방의 장형 리세스와 좌측 상부 오목부 사이의 최단 연결 라인과 중심 횡축 사이의 각도는 17°이상, 29°이하이다.
변형 바디의 전면 및 후면에 장형 리세스들과, 좌측 및 우측에 오목부 및 매우 특정한 각도를 갖는 변형 바디의 특수한 구조로 인해, 변형 바디는 측정할 압축력의 작용 시 좌측 및 우측으로 대칭으로 신장된다. 측정할 인장력의 작용 시 변형 바디는 그에 상응하게 좌측 및 우측으로부터 대칭으로 함께 인장된다. 이는, 힘이 완전히 동축으로 작용하지 않는 경우 및/또는 추가의 횡력이 작용하는 경우에도 각각 적용된다.
대칭 변형은, 매우 특정된 유형 및 방식으로 배치되어 있는 긴 리세스와 오목부 사이에 각각 하나의 얇은 웨브만 남아 있게 됨으로써 달성된다. 이로써, 대칭 변형을 유도하는 일종의 "관절 작용"이 달성된다.
이러한 효과는, 중심 횡축과 최단 연결 라인 사이의 각도가 17°이상 29° 이하인 경우에 특히 분명하게 나타난다. 이는 힘 변환기의 공칭 부하와는 무관하게 적용된다.
따라서, 힘 변환기는 제조된 이후에, 변형 바디 또는 스트레인 게이지에서 제조로 인한 공차를 보상하기 위해 재료 제거를 통한 기계적 조정 및/또는 전기적 조정 없이도, 특히 회전 조정 없이도, 방해력의 영향에 민감하지 않다. 이로써, 복잡한 조정 조치가 생략될 수 있고 힘 변환기는 더 용이하게 조정될 수 있다. 또한, 힘 변환기는 측정 정확도에 대한 정규 요건을 완전히 충족하는 높은 선형성 및 측정 정확도를 갖는다. 이는, 위에서 기술된 특징들이 구비되는 경우에는 항시 힘 변환기의 공칭 부하와 무관하게 적용된다.
청구항 2에 따라, 상기 장형 리세스들은 각각 실질적으로 타원형으로 형성된다.
긴 리세스가 타원형 또는 유사 타원형인 구조에서, 긴 리세스는 연속하여 볼록하게 형성된다. 오목부도 마찬가지로 연속하여 볼록하게 형성되면, 리세스와 오목부 사이에 각각 정확히 하나의 가장 얇은 위치가 형성된다. 이로써, 측정할 압축력의 작용 시뿐만 아니라 측정할 인장력의 작용 시에도 변형 바디의 대칭 변형이 촉진된다. 또한, 실질적으로 타원형인 긴 리세스는 회전 대칭형 공구에 의해 용이하게 제조될 수 있다.
청구항 3에 따라, 오목부들은 각각 실질적으로 피치원 형태로 형성된다.
오목부가 피치원 또는 유사 피치원 형태인 구조에서, 오목부는 연속하여 볼록하게 형성된다. 긴 리세스도 마찬가지로 연속하여 볼록하게 형성되면, 리세스와 오목부 사이에 각각 정확히 하나의 가장 얇은 위치가 형성된다. 이로써 역시, 측정할 압축력의 작용 시뿐만 아니라 측정할 인장력의 작용 시에도 변형 바디의 대칭 변형이 촉진된다. 또한, 실질적으로 피치원 형태인 긴 리세스는 회전 대칭형 공구에 의해 용이하게 제조될 수 있다.
청구항 4에 따라, 전방의 장형 리세스 및 후방의 장형 리세스는 각각 교점을 기준으로 중심에 배치된다. 또한, 좌측 상부 오목부와 좌측 하부 오목부, 그리고 우측 상부 오목부와 우측 하부 오목부는 각각 중심 횡축을 기준으로 대칭으로 배치된다.
장형 리세스들이 중심에 배치되고 오목부들이 대칭으로 배치됨에 따라, 측정할 압축력 및 인장력의 힘 라인이 변형 바디에 균일하게 분배되게 된다. 이로써, 변형 바디도 균일하게 변형된다.
청구항 5에 따라, 전방의 장형 리세스 내에 적어도 4개의 전방 리세스가 제공되고, 후방의 장형 리세스 내에 상기 전방 리세스 각각의 맞은편에 적어도 4개의 후방 리세스가 제공되며, 상기 리세스들은 각각 관통될 수도 있고 관통되지 않을 수도 있다.
전방/후방 리세스를 통해 변형 바디의 대칭 변형이 원하는 유형 및 방식으로 지원된다.
청구항 6에 따라, 힘 측정 시 횡방향 신장과 종방향 신장 간의 비율은 55% 내지 72%이다.
상기 횡방향 신장 및 종방향 신장 사이의 비율이, 예컨대 EP 0 800 064 B1호에 기재된 힘 변환기에서와 같이, 금속으로 형성된 힘 변환기의 경우에 횡방향 신장 및 종방향 신장 사이의 통상적인 비율 약 30%와는 명백히 차이가 남에 따라, 특수하게 구성된 상기 변형 바디에서 최상의 측정 결과가 달성된다.
청구항 7에 따라, 전방의 장형 리세스 내에 적어도 2개의 전방 스트레인 게이지가 배치되고, 후방의 장형 리세스 내에 적어도 2개의 후방 스트레인 게이지가 배치된다. 상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나가 교점을 기준으로 중심에 배치되어 종방향 신장을 측정하도록 세팅된다. 상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나는, 중심 종축에 대해 직교하여 연장되고 중심 횡축을 내포하는 중심 평면을 기준으로 편심 배치되어 횡방향 신장을 측정하도록 세팅된다.
종방향 신장의 측정을 위한 스트레인 게이지가 교점을 기준으로 센터링됨으로써, 상기 스트레인 게이지는 최상의 측정 결과를 제공하는 자리에 배치된다. 마찬가지로 각각 상기 자리에 배치되지 못하는, 횡방향 신장의 측정을 위한 스트레인 게이지의 편심 배치는, 힘 변환기로부터 송출된 측정값에 미치는 영향이 적다. 이의 측정 결과는, 출력된 측정값에 대해 종방향 신장의 측정을 위한 스트레인 게이지의 측정 결과보다 더 적게 기여한다.
청구항 8에 따라, 전방의 장형 리세스 내에 적어도 3개의 전방 스트레인 게이지가 배치되고, 후방의 장형 리세스 내에 적어도 3개의 후방 스트레인 게이지가 배치된다. 상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나가 교점을 기준으로 중심에 배치되어 종방향 신장을 측정하도록 세팅된다. 상기 전방 스트레인 게이지들 중 2개와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 2개가, 중심 횡축을 기준으로 상기 중심 횡축의 상부 및 하부에 대칭으로 배치되어 횡방향 신장을 측정하도록 세팅된다.
종방향 신장의 측정을 위한 스트레인 게이지가 교점을 기준으로 센터링됨으로써, 스트레인 게이지는 최상의 측정 결과를 제공하는 자리에 배치된다. 횡방향 신장을 위한 각각 2개의 전방/후방 스트레인 게이지의 대칭 배치는, 이러한 스트레인 게이지의 편심 배치로 인한 스트레인 게이지의 측정 결과의 편차를 보상할 수 있게 해준다.
청구항 9에 따라, 변형 바디는 중심 종축과 중심 횡축으로 형성된 제1 평면을 기준으로 대칭으로 형성된다. 또한, 변형 바디는 적어도, 전방의 장형 리세스, 후방의 장형 리세스 및 오목부들이 놓인 영역에서는, 중심 횡축에 직교하여 연장되고 종축을 내포하는 제2 평면과, 중심 종축에 직교하여 연장되고 중심 횡축을 내포하는 중심 평면을 기준으로도 대칭으로 형성된다.
거의 대부분 대칭인 변형 바디의 구조는 변형 바디의 대칭 변형을 촉진한다.
청구항 10에 따라, 변형 바디는 강, 티탄, 알루미늄, 또는 베릴륨 구리로 형성된다.
언급된 금속들은 변형 바디의 원하는 변형 거동을 가능케 하는 재료 특성과, 특히 푸아송비(Poisson's ratio)를 갖는다.
이제 본 발명은 개략적인 도면과 관련하여 실시예에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1a, 1b 및 1c는 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)를 도시한 도면이고;
도 2a, 2b 및 2c는 제2 실시예에 따른 힘 변환기(201)를 도시한 도면이며;
도 3a, 3b 및 3c는 제3 실시예에 따른 힘 변환기(301)를 도시한 도면이고;
도 4a, 4b 및 4c는 제4 실시예에 따른 힘 변환기(401)를 도시한 도면이며;
도 5a, 5b 및 5c는 제5 실시예에 따른 힘 변환기(501)를 도시한 도면이다.
도 1a는 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)의 전면도이고, 도 1b는 힘 변환기(101)의 단면(K-K)을 도시하며, 도 1c는 힘 변환기(101)의 사시도이다.
힘 변환기(101)는 예를 들어, 강, 티타늄, 알루미늄 또는 베릴륨 구리와 같은 재료로 형성된 로드 형태의 변형 바디(102)를 포함한다. 힘 변환기는 예를 들어 단일편의 원형강(round steel) 또는 각형강(rectangular steel)으로부터 원형, 사각형 또는 다른 단면을 갖는 로드로 제조될 수 있다. 이하의 설명은, 변형 바디가 원통형 로드에 기반하고 도면들에 도시된 것처럼 원통형 기본형을 가짐을 전제로 한다. 그러나 변형 바디(102)가 하기에 설명되는 면보다 더 많은 면을 가질 수 있는 다른 변형예들도 가능하다.
변형 바디(102)는 도 1a에 도시된 전면도에서 수직으로 연장되는 중심 종축(L)을 갖는다. 상기 변형 바디는, 중심 종축(L)에 대해 직교하여 배치되고 도 1a에 도시된 전면도에서 수평으로 연장되는 제1 중심 횡축(Q1)도 갖는다. 중심 종축(L)에 대해 그리고 제1 중심 횡축(Q1)에 대해 직교하여 배치된, 변형 바디(102)의 제2 중심 횡축(Q2)은 도 1a에 도시된 전면도에서 도면 평면 내측으로 연장되며 도 1b에 도시되어 있다. 중심 종축(L) 및 2개의 중심 횡축(Q1, Q2)은 모두 공통 교점(S)을 통과하여 연장되며, 각각 서로에 대해 직교한다. 이들은, 마찬가지로 서로에 대해 직교하는 연장되는 3개의 평면을 형성한다. 힘 변환기(101) 및 그 변형 바디(102)는 중심 종축(L)과 2개의 중심 횡축(Q1, Q2)에 의해 형성되는 3개의 평면 각각을 기준으로 대부분 대칭을 이루며, 이는 이하에서 상세히 설명된다.
변형 바디(102)는 도 1a에 도시된 전면도에서 전방에 도시된 전면(103)을 갖는다. 상기 변형 바디는 또한, 도 1b에 적어도 그 단면이 도시되어 있으나 도면들에서 그 전체는 보이지 않는 후면(104)도 갖는다. 상기 후면은 도 1a에 도시된 전면(103)에 대해 대칭이며, 그 앞모습은 상기 전면과 동일하게 보인다. 다시 말해, 후면에 다른 도면 부호가 부여되었다면, 도 1a에 후면(104)도 앞모습으로 도시될 수 있을 것이다. 변형 바디(102)는 또한, 도 1a에서 좌측에 위치한 좌측면(105), 도 1a에서 우측에 위치한 우측면(106), 도 1a에서 위쪽에 위치한 상부 단부면(107) 및 도 1a에서 아래쪽에 위치한 하부 단부면(108)을 갖는다.
상부 단부면(107) 및 하부 단부면(108)은, 측정될 힘(F) 또는 상응하는 반력을 도입할 수 있는 힘 도입면을 각각 형성한다. 상부 단부면(107) 및 하부 단부면(108)은 바람직하게 구형이며, 중심 종축(L)을 기준으로 센터링되어 형성된다. 그러나 상부 단부면(107) 또는 하부 단부면(108)이 예를 들어 편평하게 형성될 수도 있다. 상부 단부면(107)과 하부 단부면(108)이 모두 편평하게 형성될 수도 있다.
도 1b에 도시되고, 도 1c에서 용이하게 인지할 볼 수 있는 바와 같이, 원통형 로드에 기반하여 가공된 변형 바디(102)에서, 종방향으로 변형 바디의 중심 영역의 전방 및 후방에서 재료가 제거되어, 상기 중간 영역 내에서 전면(103) 및 후면(104)이 각각 편평화되거나 평면으로 형성되었다. 변형 바디(102)의 상부 및 하부 단부에서는 각각 원통형 기본 형태가 유지되었으나, 직경은 여러 단으로 변경되었으며, 이에 대해 하기에서 더 상세히 설명된다.
특히, 도 1a 및 도 1c에서 용이하게 인지할 수 있듯이, 변형 바디(102)는 그 전면(103)에, 상부 단부면(107) 및 하부 단부면(108)을 통과하여 연장되는 변형 바디(102)의 중심 종축(L)의 방향으로, 전면(103)의 편평화된 영역 내에서 연장되는 전방의 장형 리세스(109)를 갖는다. 상기 리세스의 상부 단부와 하부 단부는 전면(103)의 편평화된 영역의 에지로부터 분명히 이격되어 있으나, 리세스의 좌측 단부 및 우측 단부는 상기 에지 바로 직전에 종료된다. 즉, 전방의 장형 리세스(109)의 주축은 중심 종축(L) 방향으로 연장되고, 그 부축은 제1 중심 횡축(Q1) 방향으로 연장되며, 주 정점은 상부 및 하부 단부를 형성하고, 부 정점은 좌측 단부 및 우측 단부를 형성한다.
변형 바디(102)는 그 후면(104)에, 도면들에서 그 전체는 볼 수 없으나 도 1b에 적어도 그 단면이 도시되어 있는, 후방의 장형 리세스(110)를 갖는다. 후방의 장형 리세스는 전방의 장형 리세스(109)에 대향하여 놓이고, 상기 전방의 장형 리세스와 동일한 형태를 가지며, 후면(104)의 편평화된 영역 내에 위치한다. 즉, 후방의 장형 리세스에 다른 도면 부호가 제공된다면, 도 1a 및 도 1c에 후방의 장형 리세스(110)가 도시된 것일 수도 있다.
2개의 장형 리세스(109, 110)는 변형 바디(102)의 중심부에 각각 위치하며, 다시 말해, 중심 종축(L)과, 좌측면(105)으로부터 우측면(106)으로 연장되는 제1 중심 횡축(Q1)과, 전면(103)으로부터 후면(104)으로 연장되는 제2 중심 횡축(Q2) 사이의 교점(S)의 영역 내에 위치한다. 더 정확하게는, 2개의 장형 리세스(109, 110) 모두 각각 교점(S)을 기준으로 센터링되어 배치된다. 장형 리세스(109, 110) 각각은 바람직하게 타원형으로 형성된다. 그러나 예를 들어 긴 구멍 형태 또는 이하 제5 실시예와 조합되어 설명되는 형태와 같은 다른 긴 형태도 가능하다.
도 1b에서 용이하게 인지할 수 있듯이, 전방의 장형 리세스(109)와 후방의 장형 리세스(110) 사이에는 중간 웨브(111)가 유지되고, 이 중간 웨브 상에는 이하 상세히 설명되는 스트레인 게이지가 부가된다. 각각 중간 웨브(111)의 일 면을 형성하는, 전방의 장형 리세스(109)의 하부 단부에서의 기부면 및 후방의 장형 리세스(110)의 하부 단부에서의 기부면은 바람직하게는 평행 평면이다.
장형 리세스(109, 110)의 깊이, 및 그들 사이에서 유지되는 중간 웨브(111)의 두께(d)는, 힘 변환기(101)가 어떤 공칭 부하를 위해 설계되었는지에 따라 선택된다. 제1 실시예는 예를 들어 7500kg과 같은 비교적 낮은 공칭 부하에 관한 것이므로, 이 경우에, 중간 웨브(111)의 두께(d)는 비교적 작다. 공칭 부하가 높을 경우에, 두께(d)는, 변형 바디(102)의 안정성에 대한 높은 요구를 충족시키기 위해 상응하게 더 크다.
도 1a 및 도 1c에서 양호하게 볼 수 있는 바와 같이, 변형 바디(102)는, 제1 중심 횡축(Q1) 상부에 위치하는 좌측 상부 홈 또는 오목부(112)를 그 좌측면(105)에 포함하며, 제1 중심 횡축(Q1) 하부에 위치하는 좌측 하부 홈 또는 오목부(113)를 그 우측면(106)에 포함한다. 또한, 제1 중심 횡축(Q1) 상부에 위치하고 좌측 상부 오목부(112)에 대향하여 놓인 우측 상부 홈 또는 오목부(114)와, 제1 중심 횡축(Q1) 하부에 위치하고 좌측 하부 오목부(113)에 대향하여 놓인 우측 하부 홈 또는 오목부(115)가 변형 바디(102)의 우측면(106)에 제공된다. 또한, 면마다 2개 이상의 오목부를 갖는 변형예도 가능하다.
좌측 오목부(112, 113)는 2개 모두, 제1 중심 횡축(Q1)에 대해 또는 제1 중심 횡축 및 제2 중심 횡축(Q2)에 의해 형성되는 평면을 포함하는데, 즉, 좌측 오목부는 제1 중심 횡축(Q1) 또는 그 평면에 대해 대칭으로 배열된다. 이는 우측 오목부(114, 115)에 대해서도 동일하게 적용된다. 각각의 오목부(112, 113, 114, 115)는 바람직하게는 부분 원형으로 형성되나, 예를 들어 타원형 섹션과 같은 다른 형태를 포함할 수도 있다. 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)에서, 각각의 오목부(112, 113, 114, 115)는 전면(103)의 편평화된 영역 그리고 후면(104)의 편평화된 영역 안까지 연장된다.
전방의 장형 리세스(110)와 오목부(112, 113, 114, 115) 사이에서와 마찬가지로, 후방의 장형 리세스(110)와 오목부(112, 113, 114, 115) 사이에는, 그의 가장 얇은 위치에 폭(b)을 갖는 웨브가 유지된다. 이는 도 1a에서 예시적으로 전방의 장형 리세스(109)와, 좌측 상부 오목부(112)와, 그들 사이의 웨브(116)를 위해서 도시되나, 변형 바디(102)의 대체로 대칭인 구성으로 인해, 이에 상응하여 다른 오목부(113, 114, 115) 및 후방의 장형 리세스(110)에 대해서 적용된다. 즉, 전방의 장형 리세스(109)와 각각의 오목부(112, 113, 114, 115) 사이 그리고 후방의 장형 리세스(110)와 각각의 오목부(112, 113, 114, 115) 사이에는, 그의 가장 얇은 위치에 폭(b)을 포함하는 각각 하나의 웨브가 제공된다.
전방의 장형 리세스(109) 및 후방의 장형 리세스(110)가 정확히 볼록하거나 또는 대략 볼록하게 형성되는 경우, 즉, 예를 들어 상술된 바와 같이 타원형일 경우, 그리고 오목부(112, 113, 114, 115)가 마찬가지로, 정확히 볼록하거나 또는 대략 볼록하게 형성되는 경우, 즉, 예를 들어 상술된 바와 같이 부분 원형일 경우, 장형 리세스(109, 110)의 하나와, 오목부(112, 113, 114, 115)의 하나 사이에는, 각각의 웨브가 폭(b)을 포함하는 각각 정확히 하나의 가장 얇은 위치가 제공된다. 이로써, 긴 리세스와 오목부 사이에서, 웨브의 폭(b)과 동일한 길이(I)를 갖는 정확히 하나의 최단 연결 라인이 형성된다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 전방의 장형 리세스(109)와 좌측 상부 오목부(112) 사이에서 길이(I)를 갖는 최단 연결 라인(V)이 존재한다.
전방의 장형 리세스(109)와 좌측 상부 오목부(112) 또는 최단 연결 라인(V)의 연장부 사이에서 길이(I)를 갖는 최단 연결 라인(V)과 제1 중심 횡축(Q1) 사이의 각도(α)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 17°내지 29°, 즉, 17° 이상, 29° 이하이다. 이는, 변형 바디(102)의 대체로 대칭인 구성으로 인해, 이에 상응하여 후방의 장형 리세스(110) 및 다른 오목부(113, 114, 115)에 대해서 적용된다.
도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 전방 중간 스트레인 게이지(117), 전방 상부 스트레인 게이지(118) 및 전방 하부 스트레인 게이지(119)가 변형 바디(102)의 전면(103)에 장착되며, 이들은 공동의 지지부 또는 별도의 지지부 상에서 구현될 수 있다. 도 1a 및 도 1c에는 공동의 전방 지지부(120)를 갖는 변형예가 도시된다. 공동의 지지부는, 예를 들어 낮은 제조 비용, 낮은 연결 복잡성 및 간단한 장착 등과 같은 EP 0 800 064 B1에 설명된 장점을 제공한다.
공동의 전방 지지부(120) 또는 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119)는 전방의 장형 리세스(109) 내에 배열된다. 전방 중간 스트레인 게이지(117)는 중심 종축(L) 방향으로 발생하는 변형 바디(102)의 종방향 신장의 측정을 위해 세팅되며, 교점(S)에 대해 중심 설정되어 배열된다. 이에 반해, 전방 상부 스트레인 게이지(118) 및 전방 하부 스트레인 게이지(119)는 제1 중심 횡축 방향(Q1)으로 발생하는 변형 바디(102)의 횡방향 신장의 측정을 위해 세팅되며, 중심 종축(L)에 대해 중심 설정되어 위치되고, 제1 중심 횡축(Q1) 또는 제1 중심 횡축 및 제2 중심 횡축(Q2)을 통해 형성된 평면에 대해 대칭으로, 즉, 제1 중심 횡축(Q1)의 상부 및 하부에서 중심 횡축들에 대해 동일한 간격으로 또는 그 평면에 대해 동일한 간격으로 배열된다.
변형 바디(102)의 후면(104)에는 후방 중간 스트레인 게이지(121), 후방 상부 스트레인 게이지(122) 및 후방 하부 스트레인 게이지(123)가 설치되는데, 이는 도 1a 및 도 1c에는 도시되지 않으며 도 1b 에는 단지 부분적으로만 도시된다. 이 후방 스트레인 게이지들은 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119)에 상응하며, 이들에 대해 각각 대향하여 놓인다. 후방 스트레인 게이지는 마찬가지로 공동의 지지부 또는 별도의 지지부 상에 구현될 수 있으며, 여기서는 도 1a 및 도 1c에는 도시되지 않으나, 도 1b에는 단면으로 공동의 후방 지지부(124)를 볼 수 있다. 따라서, 3개의 후방 스트레인 게이지에 다른 도면 부호가 제공된다면, 도 1a 및 도 1c에는 이에 상응하여 3개의 후방 스트레인 게이지(121, 122, 123) 및 공동의 후방 지지부(124)가 도시된 것일 수도 있다.
이로써, 공동의 후방 지지부(124) 또는 후방 스트레인 게이지(121, 122, 123)는 후방의 장형 리세스(110) 내에 그리고 각각 공동의 전방 지지부(120) 또는 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119)에 대향하여 배열된다. 후방 중간 스트레인 게이지(121)는 전방 중간 스트레인 게이지(117)와 같이, 중심 종축(L) 방향으로 발생하는 변형 바디(102)의 종방향 신장의 측정을 위해 세팅되며, 교점(S)에 대해 중심 설정되어 배열된다. 이에 반해, 후방 상부 스트레인 게이지(122) 및 후방 하부 스트레인 게이지(123)는 전방 스트레인 게이지(118, 119)와 같이, 제1 중심 횡축 방향(Q1) 방향으로 발생하는 변형 바디(102)의 횡방향 신장의 측정을 위해 세팅되며, 중심 종축(L)에 대해 중심 설정되어 위치되고, 제1 중심 횡축(Q1) 또는 제1 중심 횡축 및 제2 중심 횡축(Q2)을 통해 형성된 평면에 대해 대칭으로, 제1 중심 횡축(Q1)의 상부 및 하부에서 중심 횡축들에 대해 동일한 간격으로 또는 그 평면에 대해 동일한 간격으로 배열된다.
스트레인 게이지(117, 118, 119, 121, 122, 123)는 예를 들어 전기 또는 광학 스트레인 게이지일 수 있다. 예를 들어, 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119)는 3개의 센서 그리드로서 박막 스트레인 게이지 스트립의 박막 상에, 그리고 후방 스트레인 게이지(121, 122, 123)는 3개의 측정 그리드로서 추가의 박막 스트레인 게이지 스트립의 박막 상에 구현될 수 있거나, 또는 모든 스트레인 게이지가 광학 스트레인 게이지의 브레그 그리드로서 구현될 수 있다.
또한, 다른 수의 스트레인 게이지가 제공될 수도 있다. EP 0 800 064 A1에 설명된 바와 같이, 예를 들어, 전면(103)뿐만 아니라 후면(104)에도, 종방향 신장의 측정을 위한 각각 단지 하나의 스트레인 게이지가 그리고 횡방향 신장의 측정을 위한 스트레인 게이지가 설치될 수 있다. 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지에 의해 서로 연결될 수 있다. 또한, 스트레인 게이지에 의해 공급된, 예를 들어 증폭기, A/D 변환기 등의 신호의 처리를 위한 특정 전자 구성 요소가 제공될 수 있으며, 이들은 집적 회로의 부품으로서 구현될 수 있다.
힘 변환기(101)가 도입된 힘(F)의 측정을 위해 사용되는 경우, 즉, 힘 측정 시에, 스트레인 게이지(117, 118, 119, 121, 122, 123)에 의해 측정된 변형 바디(102)의 횡방향 신장 및 종방향 신장 사이의 비율은 55% 내지 72% 사이에 있다.
도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 전방의 장형 리세스(109) 내에는 4개의 전방 리세스(125', 125'', 125''', 125'''')가 제공되며, 이들은 이하 공동으로 전방 리세스(125)로서 표시된다. 제1 전방 리세스(125') 및 제2 전방 리세스(125'')는 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119) 상부에 또는 공동의 전방 지지부(120) 상부에 배열되며, 중심 종축(L) 또는 중심 종축 및 제2 중심 횡축(Q2)을 통해 형성된 평면에 대해 동일한 간격을 포함하는데, 즉, 제1 전방 리세스 및 제2 전방 리세스는 중심 종축(L) 또는 상기 평면에 대해 대칭으로 배열된다. 제3 전방 리세스(125''') 및 제4 전방 리세스(125'''')는 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119) 하부에 또는 공동의 전방 지지부(120) 하부에 배열되며, 중심 종축(L) 또는 중심 종축 및 제2 중심 횡축(Q2)을 통해 형성된 평면에 대해 동일한 간격을 포함하는데, 즉, 제3 전방 리세스 및 제4 전방 리세스는 중심 종축(L) 또는 상기 평면에 대해 대칭으로 배열된다.
일 면 상의 제1 전방 리세스(125') 및 제2 전방 리세스(125'') 그리고 다른 면 상의 제3 전방 리세스(125''') 및 제4 전방 리세스(125'''')는 제1 중심 횡축(Q1) 또는 제1 중심 횡축 및 제2 중심 횡축(Q2)을 통해 형성된 평면에 대해 각각 동일한 간격을 포함하는데, 즉, 제1 전방 리세스 및 제2 전방 리세스는 제1 중심 횡축(Q1) 또는 상기 평면에 대해 대칭으로 배열된다.
후방의 장형 리세스(110) 내에는 4개의 후방 리세스(126', 126'', 126''', 126'''')가 제공되며, 이들은 도면에 도시되지 않으며 이하 공동으로 후방 리세스(126)로서 표시된다. 이들은 4개의 전방 리세스(125)에 각각 대향하여 놓이며, 전방 리세스와 동일한 형태를 포함한다. 즉, 상기 4개의 후방 리세스에 다른 도면 부호가 제공된다면, 도 1a 및 도 1c에는 4개의 후방 리세스(126)가 도시된 것일 수도 있다.
4개의 전방 리세스(125)는 각각 관통 리세스일 수 있으며, 이 경우에, 4개의 전방 리세스는 4개의 후방 리세스(126)와 일치될 수 있거나 동일할 수 있다. 4개의 전방 리세스(125) 및 4개의 후방 리세스(126)는 관통되지 않는 리세스일 수 있으며, 이 경우에, 대향하여 놓인 리세스의 하부 단부에서의 기부면들 사이의 각각의 재료는 유지된다. 이는, 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)의 경우이다.
4개의 전방 리세스(125) 및 4개의 후방 리세스(126)는 도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 포함할 수 있으나, 타원형 단면을 포함할 수도 있고, 긴 구멍으로 형서될 수 있거나 다른 형태를 포함할 수 있다. 또한, 각각 4개의 리세스보다 많거나 적게 제공될 수 있고 리세스는 도 1a 및 도 1c에 도시된 것과 달리 위치할 수도 있다.
변형 바디(102)의 상부 및 하부 단부에서, 전면(103) 또는 후면(104)의 편평화된 영역으로부터 원통형 기본 형태가 유지되는 영역으로의 전환부에, 먼저, 환형의 좁은 상부 돌기(127) 또는 환형의 좁은 하부 돌기(128)가 위치하는데, 돌기의 직경은, 좌측면(105)으로부터 우측면(106)까지의 간격보다 약간 크고, 그리고 바람직하게는 상기 간격과 같은, 돌기(127, 128)에 직접 인접한 변형 바디(102)의 직경보다 약간 크다. 상기 직경을 갖는 상부 제1 섹션(129) 및 하부 제1 섹션(130), 그리고 작은 직경을 갖는 상부 제2 섹션(131) 또는 하부 제2 섹션(132)이 형성되며, 상부 제2 섹션(131)의 상부 단부는 상부 단부면(107)에 의해, 또는 상부 단부면(107)에 의해 형성된 힘 도입면에 의해 폐쇄되며, 하부 제2 섹션(132)의 하부 단부는 하부 단부면(108)에 의해, 또는 하부 단부면(108)에 의해 형성된 힘 도입면에 의해 폐쇄된다.
측정될 힘(F)을 도입할 수 있는 예를 들어 중량계의 로드 플레이트 폼과 같은 힘 도입 장치와의 연결을 위해, 도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이 나사산(133)이 상부 제2 섹션(131)에 제공될 수 있거나, 또는 예를 들어 횡 보어와 같은 도시되지 않은 다른 고정 수단이 제공될 수 있다. 상응하는 대응 힘을 도입할 수 있는, 예를 들어 중량계의 기부 플레이트와 같은 힘 도입 장치와의 연결을 위해, 도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이 나사산(134)이 하부 제2 섹션(132)에 제공될 수 있거나, 또는 예를 들어 횡 보어와 같은 도시되지 않은 다른 고정 수단이 제공될 수 있다.
상부 제1 섹션(129) 내에는 관통 구멍(135)이 제공되는데, 이 관통 구멍은 수평으로 시작하여, 비스듬히 하향 만곡되며, 최종적으로 우측 상부 오목부(114)의 상부 영역 내의 상부 돌기(127) 하부에서 종료된다. 관통 구멍은 도면에 도시되지 않은 케이블의 관통 안내를 위해 사용되며, 스트레인 게이지(117, 118, 119, 121, 122, 123) 또는 스트레인 게이지 하류에 연결된 전자 구성 요소가 상기 케이블을 통해 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 스트레인 게이지(117, 118, 119, 121, 122, 123) 또는 전자 구성 요소는, 이들이 먼지, 습기 또는 다른 환경 영향에 대해 보호하기 위해 밀봉되어 캡슐화될 경우에, 예를 들어 평가 장치 및/또는 디스플레이 장치와 연결될 수 있다. 이 경우에, 캡슐화는, 중심 종축(L)을 따라, 전면(103) 또는 후면(104)의 편평화된 영역과 대략 동일하게 연장되는 예를 들어 완전히 폐쇄된 슬리브에 의해 구현될 수 있다.
도 2a는 제2 실시예에 따른 힘 변환기(201)의 전면도를 도시하며, 도 2b는 힘 변환기(201)를 통한 단면(K-K)을 도시하며, 도 2c는 힘 변환기(20)의 사시도를 도시한다.
요소(202 내지 224 및 227 내지 235)는 후술되는 변형까지 제1 실시예와 관련되어 설명되는 요소(102 내지 124 및 127 내지 135)에 상응하나, 제2 실시예에 따른 힘 변환기(201)에서는 전방 리세스(125) 및 후방 리세스(126)에 상응하는 요소가 제공되지 않는다. 변형은, 제2 실시예에서, 예를 들어 15000kg과 같은 증가된 공칭 부하과 관련되는 것으로 전제된다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 장형 리세스들(209 및 210)은 장형 리세스들(109 및 110)보다 폭이 다소 더 좁게 형성되는데, 이는 동일한 정도로 전면(203) 및 후면(204)의 평평한 영역에 대해 적용된다. 중간 웨브(211)의 두께(d)는 중간 웨브(111)의 두께(d)보다 다소 더 크다. 장형 리세스들(209 및 210)은 각각 자신의 상부 단부와 하부 단부에서 전면(203) 또는 후면(204)의 평평한 영역의 테두리에 대해 뚜렷한 간격을 갖지만, 각각 자신의 좌측 단부 및 우측 단부에서는 이 테두리에 완전히 거의 이르를 정도로 접근한다.
오목부들(212, 213, 214, 및 215)은 오목부들(112, 113, 114, 및 115)보다 다소 덜 깊게 형성되고, 각각 전면(203)의 평평한 영역의 테두리 및 후면(204)의 평평한 영역의 테두리에 이르기까지 연장된다.
도 3a는 제3 실시예에 따른 힘 변환기(301)의 정면도를, 도 3b는 힘 변환기(301)의 단면(K-K)을 도시한 단면도를, 도 3c는 힘 변환기(301)의 사시도를 도시한다.
부재들(302 내지 332, 및 335)은 후술되는 변형 사항을 제외하고는 제1 실시예와 관련하여 설명된 부재들(102 내지 132, 및 135)에 상응하는 반면, 제3 실시예에 따른 부재(301)에서는 상부 나사선(133) 및 하부 나사선(134)에 상응하는 부재들이 제공되지 않는다. 이러한 변형 사항들은 제3 실시예에서 예를 들어 20000kg의 더 높은 공칭 부하가 가정됨으로써 발생한다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 장형 리세스들(309 및 310)은 장형 리세스들(109 및 110)보다 폭이 더 좁게 형성되는데, 이는 동일한 정도로 전면(303) 및 후면(304)의 평평한 영역에 대해 적용된다. 중간 웨브(311)의 두께(d)는 중간 웨브(111)의 두께(d)보다 더 크다. 장형 리세스들(309 및 310)은 각각 자신의 상부 단부와 하부 단부에서 전면(303) 또는 후면(304)의 평평한 영역의 테두리에 대해 뚜렷한 간격을 갖지만, 각각 자신의 좌측 단부 및 우측 단부에서는 이 테두리까지 이른다.
오목부들(312, 313, 314, 및 315)은 더 깊고, 오목부들(112, 113, 114, 및 115)보다 더 작은 반경을 갖도록 형성되지만, 마찬가지로 전면(303)의 평평한 영역 및 후면(204)의 평평한 영역에 이르기까지 연장된다.
4개의 전방 리세스들(325)은 각각 관통형 리세스들이며, 4개의 후방 리세스들(326)과 일치하거나, 이들과 동일하다.
도 4a는 제4 실시예에 따른 힘 변환기(401)의 정면도를, 도 4b는 힘 변환기(401)의 단면(K-K)을 도시한 단면도를, 도 4c는 힘 변환기(401)의 사시도를 도시한다.
부재들(402 내지 432, 및 435)은 후술되는 변형 사항을 제외하고는 제1 실시예와 관련하여 설명된 부재들(102 내지 132, 및 135)에 상응하는 반면, 제4 실시예에 따른 부재(401)에서는 상부 나사선(133) 및 하부 나사선(134)에 상응하는 부재들이 제공되지 않는다. 이러한 변형 사항들은 제4 실시예에서 예를 들어 30000kg의 더 높은 공칭 부하가 가정됨으로써 발생한다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 장형 리세스들(409 및 410)은 장형 리세스들(109 및 110)보다 폭이 훨씬 더 좁게 형성되는데, 이는 동일한 정도로 전면(403) 및 후면(404)의 평평한 영역에 대해 적용된다. 중간 웨브(411)의 두께(d)는 중간 웨브(111)의 두께보다 훨씬 더 크다. 장형 리세스들(409 및 410)은 각각 자신의 상부 단부와 하부 단부에서 전면(403) 또는 후면(404)의 평평한 영역의 테두리에 대해 뚜렷한 간격을 갖지만, 각각 자신의 좌측 단부 및 우측 단부에서는 이 테두리까지 이른다.
오목부들(412, 413, 414, 및 415)은 더 깊고, 오목부들(112, 113, 114, 및 115)보다 더 작은 반경을 갖도록 형성된다. 이들은 각각 전면(403)의 평평한 영역 및 후면(404)의 평평한 영역에 완전히 이르기까지 연장되지는 않는다.
전방의 장형 리세스들(409) 내에는 6개의 전방 리세스들(425', 425'', 425''', 425'''', 425''''' 및 425'''''')이 제공되며, 이들은 하기에서 함께 전방 리세스들(425)로 불리게 된다. 4개의 전방 리세스들(425', 425'', 425''', 425'''')은 4개의 전방 리세스들(125', 125'', 125''', 125'''')에 상응한다. 제5 전방 리세스(425''''')는 제1 전방 리세스(425') 및 제2 전방 리세스(425'') 상부에, 그리고 중심 종축(L)에 대해 중심 설정되어 배치된다. 제6 전방 리세스(425'''''')는 제3 전방 리세스(425''') 및 제4 전방 리세스(425'''') 하부에, 그리고 중심 종축(L)에 대해 중심 설정되어 배치된다. 6개의 전방 리세스들(425)은 각각 관통형 리세스들이며, 6개의 후방 리세스들(426)과 일치하거나, 이들과 동일하다.
도 5a는 제5 실시예에 따른 힘 변환기(501)의 정면도를, 도 5b는 힘 변환기(501)의 단면(K-K)을 도시한 단면도를, 도 5c는 힘 변환기(501)의 사시도를 도시한다.
제5 실시예에 따른 힘 변환기(501)는 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)와 매우 유사하다. 부재들(502 내지 508, 및 511 내지 535)은 제1 실시예와 관련하여 설명된 부재들(102 내지 108, 및 111 내지 135)에 상응한다. 단지 장형 리세스들(509 및 510)만이, 장형 리세스들(109 및 110)과는 다르게 형성된다.
도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 장형 리세스들(509 및 510)은 자신의 상부 단부와 하부 단부에서 각각 다시 한번 확대된다. 이로 인해, 오목부들(512, 513, 514, 및 515)의 테두리들 및 장형 리세스들(509 및 510)의 테두리들은 각각 조금씩 더 평행하게 연장되어, 가장 얇은 위치가 존재하는 것이 아니라, 리세스와 오목부 사이의 각각의 웨브에서 폭(b)을 갖는 가장 얇은 영역이 존재하게 된다. 따라서, 웨브의 폭(b)과 동일한 길이(I)를 갖는, 정확히 하나가 아닌 가장 짧은 연결 라인이 긴 리세스와 오목부 사이에 얻어진다. 따라서, 여기서 각도(α)의 정의를 위해서는 폭(b)을 갖는 가장 얇은 영역의 중심을 통해 연장되는 가장 짧은 연결 라인이 중요하다. 이는 도 5a에서 전방의 장형 리세스(509)와 좌측 상부 오목부(5) 사이에 길이(I)를 갖는 가장 짧은 연결 라인(V)에 대해 도시된다.
오목부들(512, 513, 514, 및 515)의 테두리들 및 장형 리세스들(509 및 510)의 테두리들이 각각 조금씩만 더 평행하게 연장되어, 폭(b)을 갖는 가장 얇은 영역이 리세스와 오목부 사이의 각각의 웨브에서 작은 한, 각도(α)가 17° 이상 29° 이하이면 다른 실시예들에서와 같은 긍정적인 효과들이 나타난다.
장형 리세스들(509 및 510)의 형태는 장형 리세스들의 완전히 타원형 형상에 대한 몇몇 가능한 대안 실시예들 중 하나이다. 이 경우, 이러한 대안 실시예들은 제1 실시예에 기초할 뿐만 아니라, 제2 실시예, 제3 실시예, 또는 제4 실시예에도 기초해서 사용될 수 있다.
제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 힘 변환기(101 내지 501)의 추가 변형 사항이 가능하다. 이와 같이, 예를 들어 제1 실시예에 따른 힘 변환기(101)에서 전방 리세스들(125) 및 후방 리세스들(126)은 관통될 수도 있으며, 이로 인해 일치할 수 있다. 제2 실시예에 따른 힘 변환기(201)에서, 전방 리세스들(125) 및 후방 리세스들(126)에 상응하는 부재들이 제공될 수 있으며, 이는 관통형 또는 비관통형 리세스들일 수 있다. 또한 모든 실시예들에서 다른 수의 전방 및 후방 리세스들이 가능하다.
또한, 예를 들어 제3 실시예에 따른 힘 변환기(301) 및 제4 실시예에 따른 힘 변환기(401)에서는 각각 상부 나사선(133) 및 하부 나사선(134)에 상응하는 부재들 또는 다른 고정 수단들이 제공될 수 있다. 마찬가지로 다른 실시예들에 따른 힘 변환기들은 상기 유형의 나사선 또는 고정 수단들 없이 형성될 수 있다.
또한, 특히 이러한 힘 변환기들의 상술한 부재들과 관련하여, 상술한 힘 변환기들의 복수의 추가 변형 사항들이 가능하다.
요컨대, 본 발명은 적어도 전면, 후면, 좌측면, 우측면, 상부 단부면, 및 하부 단부면, 그리고 변형 바디에 장착되어 변형 바디의 횡방향 신장 및 종방향 신장을 측정하기 위해 세팅되는 4개 이상의 스트레인 게이지들을 갖는 로드형 변형 바디를 포함하는 압축력 및/또는 인장력 측정용 힘 변환기에 관한 것이다. 전면에서는, 전방의 장형 리세스가 변형 바디의 중심 종축과 중심 횡축 사이의 교점 영역에 제공된다. 전방의 장형 리세스에 대향하여, 후면에는 후방의 장형 리세스가 제공된다. 좌측면에는 적어도 좌측 상부 오목부가 중심 횡축 위에, 좌측 하부 오목부가 중심 횡축 아래에 제공된다. 각각 대향하는 좌측면의 오목부들에는 우측면에서 적어도 우측 상부 오목부 및 우측 하부 오목부가 제공된다. 좌측 상부 오목부와 전방의 장형 리세스 사이의 가장 짧은 연결 라인과 중심 횡축 사이의 각도는 17° 이상 29° 이하이다.
힘 변환기는 스트레인 게이지들 또는 변형 바디에서 제조로 인한 공차를 보상하기 위한 전기적 조정 및/또는 재료 제거를 통한 기계적 조정없이도 선형도가 높은 방식으로 작동할 수 있고, 매우 정확한 측정 결과를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 압축력 및 인장력을 측정하기 위한 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501)로서, 상기 힘 변환기는,
    적어도 전면(103; 203; 303; 403; 503), 후면(104; 204; 304; 404; 504), 좌측면(105; 205; 305; 405; 505), 우측면(106; 206; 306; 406; 506), 상부 단부면(107; 207; 307; 407; 507), 및 하부 단부면(108; 208; 308; 408; 508)을 갖는 하나의 로드형 변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)와,
    상기 변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)에 부착되어 상기 변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)의 종방향 신장 및 횡방향 신장을 측정하도록 세팅된 적어도 4개의 스트레인 게이지(117, 118, 119, 121, 122, 123; 217, 218, 219, 221, 222, 223; 317, 318, 319, 321, 322, 323; 417, 418, 419, 421, 422, 423; 517, 518, 519, 521, 522, 523)를 가지며,
    전면(103; 203; 303; 403; 503)에는 변형 바디(102; 202; 302; 402; 502) 의 중심 종축(L)과 중심 횡축(Q1) 사이의 교점(S)의 영역에 전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509)가 제공되고, 상기 전방의 장형 리세스의 맞은편으로 후면(104; 204; 304; 404; 504)에는 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510)가 제공되며,
    좌측면(105; 205; 305; 405; 505)에는 중심 횡축(Q1) 위로 적어도 좌측 상부 오목부(112; 212; 312; 412; 512)가 제공되고, 중심 횡축(Q1) 아래로 좌측 하부 오목부(113; 213; 313; 413; 513)가 제공되며, 이들 오목부들 각각의 맞은편으로, 우측면(106; 206; 306; 406; 506)에는 적어도 우측 상부 오목부(114; 214; 314; 414; 514) 및 우측 하부 오목부(115; 215; 315; 415; 515)가 제공되며,
    전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509)와 좌측 상부 오목부(112; 212; 312; 412; 512) 사이의 최단 연결 라인(V)과 중심 횡축(Q1) 사이의 각도(α)는 17°이상, 29°이하인, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  2. 제1항에 있어서, 장형 리세스(109, 110; 209, 210; 309, 310; 409, 410; 509, 510)는 각각 실질적으로 타원형으로 형성되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 오목부들(112, 113, 114, 115; 212, 213, 214, 215; 312, 313, 314, 315; 412, 413, 414, 415; 512, 513, 514, 515)은 각각 실질적으로 피치원 형태로 형성되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509) 및 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510)는 각각 교점(S)을 기준으로 중심에 배치되며,
    좌측 상부 오목부(112; 212; 312; 412; 512)와 좌측 하부 오목부(113; 213; 313; 413; 513), 그리고 우측 상부 오목부(114; 214; 314; 414; 514)와 우측 하부 오목부(115; 215; 315; 415; 515)는 각각 중심 횡축(Q1)을 기준으로 대칭으로 배치되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509) 내에 적어도 4개의 전방 리세스(125; 225; 325; 425; 525)가 제공되고, 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510) 내에 상기 전방 리세스 각각의 맞은편에 적어도 4개의 후방 리세스(126; 226; 326; 426; 526)가 제공되며, 상기 리세스들은 각각 관통될 수도 있고 관통되지 않을 수도 있는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 힘 측정 시 횡방향 신장과 종방향 신장 간의 비율은 55% 내지 72%인, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509) 내에 적어도 2개의 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119; 217, 218, 219; 317, 318, 319; 417, 418, 419; 517, 518, 519)가 배치되고, 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510) 내에 적어도 2개의 후방 스트레인 게이지(121, 122, 123; 221, 222, 223; 321, 322, 323; 421, 422, 423; 521, 522, 523)가 배치되며,
    상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나(117; 217; 317; 417; 517)와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나(121; 221; 321; 421; 521)가 교점(S)을 기준으로 중심에 배치되어 종방향 신장을 측정하도록 세팅되고,
    상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나(118; 218; 318; 418; 518)와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나(122; 222; 322; 422; 522)가, 중심 종축(L)에 대해 직교하여 연장되고 중심 횡축(Q1)을 내포하는 중심 평면을 기준으로 편심 배치되어 횡방향 신장을 측정하도록 세팅되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509) 내에 적어도 3개의 전방 스트레인 게이지(117, 118, 119; 217, 218, 219; 317, 318, 319; 417, 418, 419; 517, 518, 519)가 배치되고, 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510) 내에 적어도 3개의 후방 스트레인 게이지(121, 122, 123; 221, 222, 223; 321, 322, 323; 421, 422, 423; 521, 522, 523)가 배치되며,
    상기 전방 스트레인 게이지들 중 하나(117; 217; 317; 417; 517)와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 하나(121; 221; 321; 421; 521)가 교점(S)을 기준으로 중심에 배치되어 종방향 신장을 측정하도록 세팅되고,
    상기 전방 스트레인 게이지들 중 2개(118, 119; 218, 219; 318, 319; 418, 419; 518, 519)와 상기 후방 스트레인 게이지들 중 2개(122, 123; 222, 223; 322, 323; 422, 423; 522, 523)가, 중심 횡축(Q1)을 기준으로 상기 중심 횡축의 상부 및 하부에 대칭으로 배치되어 횡방향 신장을 측정하도록 세팅되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)는 중심 종축(L)과 중심 횡축(Q1)으로 형성된 제1 평면을 기준으로 대칭으로 형성되고,
    변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)는 적어도, 전방의 장형 리세스(109; 209; 309; 409; 509), 후방의 장형 리세스(110; 210; 310; 410; 510) 및 오목부들(112, 113, 114, 115; 212, 213, 214, 215; 312, 313, 314, 315; 412, 413, 414, 415; 512, 513, 514, 515)이 놓인 영역에서는, 중심 횡축(Q1)에 직교하여 연장되고 종축(L)을 내포하는 제2 평면과, 중심 종축(L)에 직교하여 연장되고 중심 횡축(Q1)을 내포하는 중심 평면을 기준으로도 대칭으로 형성되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 변형 바디(102; 202; 302; 402; 502)는 강, 티타늄, 알루미늄, 또는 베릴륨 구리로 형성되는, 힘 변환기(101; 201; 301; 401; 501).
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