WO2006034795A1 - Messgrössenaufnehmer - Google Patents

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WO2006034795A1
WO2006034795A1 PCT/EP2005/010099 EP2005010099W WO2006034795A1 WO 2006034795 A1 WO2006034795 A1 WO 2006034795A1 EP 2005010099 W EP2005010099 W EP 2005010099W WO 2006034795 A1 WO2006034795 A1 WO 2006034795A1
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WO
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sheet metal
metal part
spring steel
meßgrößenaufnehmer
deformation body
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PCT/EP2005/010099
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Schlachter
Ursula Host
Original Assignee
Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh
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Publication date
Application filed by Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh filed Critical Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh
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Priority to US11/663,907 priority patent/US20070277621A1/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G21/00—Details of weighing apparatus
    • G01G21/30—Means for preventing contamination by dust
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1402—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01G3/1412—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram shaped
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2218—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction
    • G01L1/2225—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction the direction being perpendicular to the central axis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped

Definitions

  • the invention relates to a hermetically sealed measuring transducer according to the preamble of patent claim 1 and to the use of a high-strength hardenable corrosion-resistant maraging spring steel according to the preamble of patent claim 7 for the hermetic sealing of a transducer.
  • Measuring sensors are usually used to detect a physical measured quantity and to convert this into a corresponding electrical signal.
  • a physical force is often detected by means of which a deformation body is applied, to which strain gauges are applied, which convert the force into a proportional electrical measurement signal by means of the expansion-induced change in resistance.
  • Such transducers are used as force transducers, load cells, expansion, torque or pressure transducers, which are often arranged in moist rooms or must be exposed to other unfavorable environmental influences.
  • a force transducer which consists of a rod-shaped deformation or compression body and is used as a load cell.
  • a continuous transverse bore is provided approximately in the middle of the longitudinal rod-shaped compression body, which is closed by two disc-shaped opposite support plates.
  • the strain gauges are attached to the insides of the carrier plates, the carrier plates being welded or soldered to the lateral surface of the upsetting body.
  • a hermetic seal of the strain gauges is achieved, with the sealing carrier plate directly acting as a deformation body, so that the Force is detected directly in the force shunt branch.
  • both the compression body and the support plates made of the same metal, so that on the entire deformation body as homogeneous as possible surface elongation occurs, which is proportional to the weight load.
  • structural changes also occur at the weld or solder joints as a result of the thermal stress, which can lead to non-linearities on the deformation body, which impairs the measurement accuracy.
  • EP 0 752 575 B1 discloses a rod-shaped load cell with hermetically sealed strain gauges, in which the strain gauges are mounted directly on the rod-shaped deformation body.
  • the strain gauges are mounted directly on the rod-shaped deformation body.
  • preformed metal sheet covers are used, which are welded directly on the edge side on the rod-shaped deformation body and have a radial distance to the strain gauges.
  • the strain gauges are partially arranged in transverse bores of the axially formed deforming body.
  • the vor ⁇ preferably by a laser welding process with the circumference of the deformation body are hermetically sealed. Due to the radial distance from the strain gauges and the shape of the sheet metal covers, a significant influence on the power supply was avoided.
  • rod-shaped load cells are preferably designed for larger loads and compressive deformation body load, so that the influence of the cover at cup-like training and ra ⁇ dialem distance to the measurement result is relatively low.
  • the Kraftneben gleicheinl of such steel sheet covers would be considerably larger, so that only Abdeck ⁇ forms with relatively steep and high Napf- or sidewall parts are necessary to te in Meßkraftraum mögli ⁇ ches To be flexible, so that the force shunt effect does not distort the measurement result.
  • the invention was therefore based on the object of providing a measuring quantity sensor whose strain gauges are permanently resistant to harmful environmental influences, in particular
  • the sealing means should also be producible at low cost and in the simplest manner attachable to the deformation body and not appreciably impair the measurement accuracy.
  • Sheet metal cover only a small increase in the positive creep effect determined, which was compensated in a simple way even by the negative creep property of the strain gauges, so that by the thin metal sheet cover and the hard Federblecheigenschaft with high thermoforming ability a ver negligible force shunt effect occurred.
  • This advantageously made it possible to produce hermetically sealed measuring transducers with very high accuracy values, such as, for example, load cells with an accuracy class C6 according to OIML R60 and a number of parts of n LC 6000.
  • the invention furthermore has the advantage that the high-strength curable maraging spring steel used has a high resistance to corrosion and good laser weldability, so that in a simple manner a permanent hermetically sealed Ab ⁇ encapsulation of the sensitive strain gauges can be achieved and this surprisingly with only the slightest negative metrological influence.
  • mechanical stabilities were achieved, in particular with very thin-walled sheet metal part covers of preferably 0.1 mm, which are only achievable with austenitic steels at much higher sheet thicknesses and thus advantageously also offer a high mechanical protection against external influences.
  • FIG. 1 shows a side view of a bending beam sensor
  • FIG. 2 shows an enlarged detail in plan view of a hermetically sealed strain gauge.
  • a Meß beneficialnier beneficia is shown in the form of a Biegebalkenaufsacrificings 1, the two Dehnungs ⁇ measuring strip 2 in two opposing holes 3, the steel by means of two cup-shaped sheet metal parts 4 from a special high-strength hardenable corrosion-resistant Feder ⁇ steel from maraging Type are hermetically sealed.
  • the Biegebalkenauf productivity 1 consists of a Kraftein Arthurs ⁇ part 5, to which a weighing platform 9 is fixed and a firmly clamped force receiving part 6.
  • a deformation body 7 is arranged, consisting essentially of two gegen ⁇ is formed in front of intermediate holes 8, between which a senk ⁇ right partition wall 8 remains, to which on each side Deh ⁇ voltage gauges 2 in the form of Scherkraftaufillon appli ⁇ are.
  • the arrangement of the two strain gauges 2 in the opposite holes 3 is shown in detail from the sectional view in Fig. 2 of the drawing.
  • the Biegebalkenauf choir 1 is rectangular and is preferably used as a load cell for weight determination.
  • the bending beam is formed in one piece and consists vorzugs ⁇ of a special high-strength hardenable corrosion-resistant martensitigen spring steel, which was produced by machining and in particular for metrstechni ⁇ cal purposes little hysteresis and has only low creep behavior. Therefore, very accurate force and weight measurements can be carried out with such transducers.
  • Derar ⁇ term Meß conductingnaufillon with strain gauges 2 on ent-speaking kraftbeetzschlagbaren deformation bodies 7 can be produced in other embodiments and can also be used for torque, pressure, strain measurement or other force-relevant measurements.
  • the illustrated force transducer or load cell contains strain gauges 2 in the form of shear force transducers, which are applied to the vertical intermediate wall 8 and are therefore provided within a bore 3.
  • these strain gauges 2 are hermetically sealed by a cup-shaped sheet-metal part 4 made of a special maraging steel, which extends into the bore 3 and is welded all around with its outer edge 10 to the deformation body 7 preferably automatically by means of a laser welding system.
  • the cup-shaped sheet-metal part 4 is produced by a deep drawing process and consists of a maraging spring steel known from DE 100 01 650 A1, which is manufactured and sold under the trade name Marvac 125 by the company Vacuumschmelze GmbH from D-63460 Hanau ,
  • This maraging steel preferably consists of an alloy with 7.8% by weight of nickel, 13% by weight of chromium, 1% by weight of molybdenum, 0.2% by weight of silicon, 0.3% by weight.
  • the cup-shaped sheet-metal part 4 is made of a thin maraging steel sheet of preferably 0.1 mm thickness by deep drawing her ⁇ .
  • the illustrated embodiment for a bending beam load cell has a round diameter of about 20 mm at a depth of about 10 mm, which is set in a 25 mm bore ein ⁇ .
  • the cup-shaped sheet-metal part 4 has an outer edge 19 flattened at right angles to the outside, which rests on the outer edge of the deformation body 7 and can be welded thereto completely automatically.
  • Such cup-shaped sheet-metal parts 4 for hermetic sealing of strain gauges 2 to transducers are not only within bores 3 attachable, but also directed to the outside to cover strain gauges 2 on flat outer wall surfaces suitable.
  • Such Napfformen need not be round, but are due to the good thermoformability basically in angular shape design produced.
  • the side wall parts 11 which can be deformed under load can also be formed in corrugated form in order to reduce the low force shunt effect. Due to the good deep-drawing ability, it is also possible to produce inwardly directed cup-shaped formations with round as well as angular formations, as are necessary, for example, for double bending beam receivers with double bores.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messgrößenaufnehmer mit einem Verformungskörper (7), an dem mindestens ein Dehnungsmessstreifen (2) appliziert ist. Dabei ist der Dehnungsmessstreifen (2) durch mindestens ein dünnes tiefgezogenes metallisches Blechteil (4) gegen äußere Umgebungseinflüsse hermetisch abgedichtet. Dieses hermetisch abdichtende Blechteil (4) ist vorzugsweise napfförmig ausgebildet und beseht aus einem hochfesten aushärtbaren korrosionsbeständigen Federstahl vom Maraging-Typ mit 7,8 Gew.-% Nickel, 13 Gew.-% Chrom, 1 Gew.-% Molybdän, 0,2 Gew.-% Silizium, 0,3 Gew-% Mangan, 0,25 Gew.-% Berillium, 0,2 Gew.-% Titan sowie dem Rest Eisen, der überraschenderweise nur eine geringe Hysterese aufweist und mindesten gleich gute Kriecheigenschaften wie die der rostfreien Martensit-Federstähle des Verformungskörpers (7) besitzt. Durch die gute Verschweißbarkeit des Maraging-Blechteils (4) mit dem Martensit-Verformungskörpers (7) ergibt sich eine überraschende Verwendung zur hermetischen Abdichtung der empfindlichen Dehnungsmessstreifen (2), die weder einen nennenswerten Kraftnebenschluss noch eine Verschlechterung der physikalischen Messeigenschaften bewirken.

Description

Messgrößenaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen hermetisch abgedichteten Messgrö¬ ßenaufnehmer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verwendung eines hochfesten aushärtbaren korrosionsbe¬ ständigen Maraging-Federstahls nach dem Oberbegriff des Pa- tentanspruchs 7 zur hermetischen Abdichtung eines Messgrößen¬ aufnehmers .
Messgrößenaufnehmer werden meist dazu eingesetzt eine physika¬ lische Messgröße zu erfassen und diese in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Dabei wird als physikalische Messgröße häufig eine Kraft erfasst, mit der ein Verformungs¬ körper beaufschlagt wird, an den Dehnungsmessstreifen appli¬ ziert sind, die die Kraft durch die dehnungsbedingte Wider- standsändexung in ein proportionales elektrisches Messsignal umwandeln. Derartige Messgrößenaufnehmer werden als Kraftauf¬ nehmer, Wägezellen, Dehnungs-, Drehmoment- oder Druckaufnehmer eingesetzt , die häufig in feuchten Räumen angeordnet sind oder anderen ungünstigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt werden müs¬ sen.
Derartige Umgebungseinflüsse würden zumindest bei längerer ■ Einwirkungszeit die mechanische Verbindung des Dehnungsmess¬ streifens auf dem Verformungskörper als auch die messtechni¬ schen Eigenschaften des Dehnungsmessstreifens beeinträchtigen und dadurch die erfassten Messgrößen verfälschen oder den Auf¬ nehmer beschädigen. Deshalb wurde von jeher versucht, die am Verformung"skörper applizierten Dehnungsmessstreifen gegenüber den Umgebungseinflüssen zu schützen, indem die Dehnungsmess¬ streifen oder der gesamte Verformungskörper luftdicht ver- schlössen wurde. Dabei bestand häufig das Problem, die Abdich- tungen so anzuordnen, dass es nicht zu Kraftnebenschlus swir- kungen kommt, die das Messergebnis verfälschen können. Deshalb wurden zum Teil die Dehnungsmessstreifen mit elastomeren Werk¬ stoffen vergossen, bei denen die Kraftnebenschlusswirkung ver- nachlässigbar war, die aber meist nicht auf Dauer gegen, ein¬ dringende Feuchtigkeit schützten.
Den besten Schutz gegen derartige Umwelteinflüsse boten, bisher nur metallische Abdeckungen, die dann aber so ausgebildet sein mussten, dass sie möglichst keine Kraftnebenschlusswirkiungen erzeugten oder dass diese zumindest in vernachlässigbarrer Grö¬ ßenordnung auftrat. So wurden bei Wägezellen oder Kraftaufneh¬ mern teilweise der gesamte Verformungskörper von falterαbalgar- tigen Metallrohrkörpern umgeben und meist mit dessen Krraftein- und Kraftausleitungsteilen verschweißt. Durch die faltenbalg- artige Form und eine möglichst dünnwandige Metallausfürirung wurde der Kraftnebenschlusseinfluss minimiert, so dass er bei begrenzten Genauigkeitsanforderungen zu vernachlässigen war. Derartige dünnwandige Abkapslungen hatten aber den Nacnteil sehr anfällig gegen mechanische Beschädigungen zu sein und wa¬ ren auch sehr aufwändig in der Herstellung und der Anbringung an den Aufnehmerteilen.
Aus der EP 0 307 998 A2 ist ein Kraftaufnehmer bekannt,- der aus einem stabförmigen Verformungs- bzw. Stauchkörper besteht und als Wägezelle eingesetzt wird. Bei diesem Kraftaufnehmer ist etwa in der Mitte des längsgerichteten stabförmigen Stauchkörpers eine durchgehende Querbohrung vorgesehen, die durch zwei scheibenförmige gegenüberliegende Trägerplatten verschlossen ist. Dabei sind an den Innenseiten der Träger¬ platten die Dehnungsmessstreifen angebracht, wobei die Träger¬ platten mit der Mantelfläche des Stauchkörpers verschweißt o- der verlötet sind. Dadurch wird eine hermetische Abdichtung der Dehnungsmessstreifen erreicht, wobei die abdichtenden Trä- gerplatteh direkt als Verformungskörper wirken, so dass die Kraft unmittelbar im Kraftnebenschlusszweig erfasst wird. Da¬ bei ist vorgesehen, dass sowohl der Stauchkörper als auch die Trägerplatten aus dem gleichen Metall bestehen, so dass an dem gesamten Verformungskörper eine möglichst homogene Oberflä- chendehnung auftritt, die der Gewichtsbelastung proportional ist. Allerdings treten an den Schweiß- oder Lötverbindungen durch die thermische Belastung auch Gefügeänderungen auf, die zu Nichtlinearitäten am Verformungskörper führen können, wo¬ durch die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird. Im übrigen wird ein Großteil der Gewichtsbelastung über die Trägerplatten ü- bertragen, so dass die Schweiß- oder Lötnähte verhältnismäßig stark belastet sind und somit die Haltbarkeit und Dichtigkeit auch von der Güte der Schweiß- oder Lötverbindung abhängt.
Aus der EP 0 752 575 Bl ist eine stabförmige Wägezelle mit hermetisch abgedichteten Dehnungsmessstreifen bekannt, bei der die Dehnungsmessstreifen direkt am stabförmigen Verformungs¬ körper angebracht sind. Zur Abdeckung werden dabei vorzugswei¬ se vorgeformte Metallblechabdeckungen eingesetzt, die unmit- telbar randseitig am stabförmigen Verformungskörper ange¬ schweißt werden und einen radialen Abstand zu den Dehnungs¬ messstreifen aufweisen. Dabei sind die Dehnungsmessstreifen teilweise in Querbohrungen des axial ausgebildeten Verfor¬ mungskörpers angeordnet. Zur hermetischen Abdichtung sind auch napfförmig ausgebildete Blechabdeckungen vorgesehen, die vor¬ zugsweise durch ein Laserschweißverfahren mit dem Umfang des Verformungskörpers hermetisch dicht verbunden werden. Durch den radialen Abstand von den Dehnungsmessstreifen und der Formgebung der Blechabdeckungen wurde ein nennenswerter Kraft- nebenschlusseinfluss vermieden. Allerdings sind derartige stabförmige Wägezellen vorzugsweise für größere Lasten und ei¬ ne stauchende Verformungskörperbelastung ausgelegt, so dass der Einfluss der Abdeckung bei napfartiger Ausbildung und ra¬ dialem Abstand auf das Messergebnis verhältnismäßig gering ist. Bei Messgrößenaufnehmern als Biegebalkenaufnehmer oder bei Scherkraftbauformen insbesondere bei geringen Nennlastausfüh¬ rungen wäre der Kraftnebenschlusseinfluss derartiger Stahl- blechabdeckungen erheblich größer, so dass dafür nur Abdeck¬ formen mit verhältnismäßig steilen und hohen Napf- oder Sei- tenwandteilen notwendig sind, um in Messkraftrichtung mögli¬ ches biegeweich zu sein, damit die Kraftnebenschlusswirkung das Messergebnis nicht verfälscht. Derartige Blechteile sind aber wirtschaftlich nur als Tiefziehteile herstellbar, so dass diese bisher nur aus tiefziehfähigen rostfreien austenitischen Stahlblechen gefertigt wurden. Derartige austenitische Stähle sind zwar gut tiefziehbar, haben aber schlechte Federeigen¬ schaften und verschlechtern dadurch bei Wägezellen das Krie- chen und die Hysterese, so dass damit nur Messgrößenaufnehmer mit verhältnismäßig geringer Genauigkeitsklasse (nach OIML R60 C3, Teilezahl ≤ 3000) herstellbar waren. Es sind zwar aushärt¬ bare martensitische Bleche bekannt, die waren aber bisher ent¬ weder bei den notwendigen Blechstärken nicht in dem geforder- ten Maße tiefziehbar oder nicht hinreichend korrosionsbestän¬ dig.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Messgrö¬ ßenaufnehmer zu schaffen, dessen Dehnungsmessstreifen dauer- haft gegen schädliche Umgebungseinflüsse wie insbesondere
Feuchtigkeit geschützt sind. Gleichzeitig sollen die Abdicht¬ mittel auch kostengünstig herstellbar und auf einfachste Weise am Verformungskörper anbringbar sein und die Messgenauigkeit nicht nennenswert verschlechtern.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 und 7 angege¬ bene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Aus¬ führungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Aus der DE 100 01 650 Al war allerdings bereits ein hochfester aushärtbarer martensitischer Federstahl bekannt, der nicht nur sehr korrosionsbeständig, sondern auch noch eine isotrope Um- formbarkeit aufweisen sollte. Erst nach praktischen Versuchen mit einem derartigen Maraging-Federstahl, der von der Fa. Va- cuum-Schmelze aus DE-63450 Hanau unter dem Handelsnamen Marvac 125 vertrieben wird, hat sich herausgestellt, dass dieser in dünner Blechform nicht nur tiefziehbar und korrosionsbeständig ist, sondern überraschenderweise auch nur ein geringes Krie- chen aufweist und über nahezu die gleichen guten Hystereseei¬ genschaften verfügt, wie sie auch bei den hochwertigen Verfor¬ mungskörpern aus speziellem nicht tiefziehbaren rostfreien E- delstahl zu finden sind.
Durch die erfinderische Verwendung eines derartigen Maraging- Federstahls ließen sich vorteilhafterweise Blechteile zur Ab¬ deckung von Dehnungsmessstreifen tiefziehen, die nur sehr kleine Biegeradien aufwiesen und mit einem kleinen Verhältnis von Tiefziehhöhe zu Blechteildurchmesser ausführbar waren und die nahezu mit den Werten von austenitischen Stählen ver¬ gleichbar sind. Dabei waren nach einer verhältnismäßig kurzen Aushärtezeit von ca. 2 Stunden bei 470 0C hohe Zugfestigkeiten (> 2.000 N/mm2) mit großer Wickershärte (HV von > 600) er¬ reichbar, die optimale Federeigenschaften gewährleisten. Da- durch wurden sehr geringe Hysteresewerte erreicht, die nicht über den des Verformungskörpers lagen, wodurch vorteilhafter¬ weise die Messgenauigkeit des Aufnehmers zumindest durch die metallische Abdeckung nicht verschlechtert wurde.
Gleichzeitig wurde auch durch die vorteilhafte metallische
Blechabdeckung nur eine geringe Erhöhung der positiven Kriech¬ wirkung ermittelt, die auf einfache Weise noch durch die nega¬ tive Kriecheigenschaft der Dehnungsmessstreifen ausgleichbar war, so dass durch die dünne Metallblechabdeckung und die har- te Federblecheigenschaft bei hoher Tiefziehfähigkeit eine ver- nachlässigbare Kraftnebenschlusswirkung auftrat. Dadurch wurde es vorteilhafterweise möglich, hermetisch abgedichtete Mess¬ wertaufnehmer mit sehr hohen Genauigkeitswerten, wie bei¬ spielsweise Wägezellen mit einer Genauigkeitsklasse C6 nach OIML R60 und einer Teilezahl von nLC=6000 herzustellen.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass der verwendete hochfeste aushärtbare Maraging-Federstahl über eine hohe Kor¬ rosionsbeständigkeit und gute Laserschweißbarkeit verfügt, so dass auf einfache Weise eine dauerhafte hermetisch dichte Ab¬ kapslung der empfindlichen Dehnungsmessstreifen erreichbar ist und dies überraschenderweise bei nur geringster negativer messtechnischer Beeinflussung. Dabei wurden insbesondere bei sehr dünnwandigen Blechteilabdeckungen von vorzugsweise 0,1 mm mechanische Stabilitäten erreicht, die bei austenitischen Stählen nur bei wesentlich höheren Blechstärken erreichbar sind und damit vorteilhafterweise auch einen hohen mechani¬ schen Schutz gegen äußere Beeinflussung bieten.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine Seitenansicht eines Biegebalkenaufnehmers, und Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt in Draufsicht auf einen hermetisch abgedichteten Dehnungsmess¬ streifen.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Messgrößenaufnehmer in Form eines Biegebalkenaufnehmers 1 dargestellt, der zwei Dehnungs¬ messstreifen 2 in zwei gegenläufigen Bohrungen 3 aufweist, die mit Hilfe von zwei napfförmigen Blechteilen 4 aus einem spe¬ ziellen hochfesten aushärtbaren korrosionsbeständigen Feder¬ stahl vom Maraging-Typ hermetisch abgedichtet sind. Der Biegebalkenaufnehmer 1 besteht aus einem Krafteinleitungs¬ teil 5, an dem eine Wägeplattform 9 befestigt ist und einem fest eingespannten Kraftaufnahmeteil 6. Zwischen dem Kraftein¬ leitungsteil 5 und dem Kraftaufnahmeteil 6 ist ein Verfor- mungskörper 7 angeordnet, der im wesentlichen aus zwei gegen¬ läufigen Bohrungen 3 gebildet wird, zwischen denen eine senk¬ rechte Zwischenwand 8 verbleibt, an der auf jeder Seite Deh¬ nungsmessstreifen 2 in Form von Scherkraftaufnehmern appli¬ ziert sind. Die Anordnung der zwei Dehnungsmessstreifen 2 in den gegenläufigen Bohrungen 3 ist im einzelnen aus dem Schnittbild in Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich.
Der Biegebalkenaufnehmer 1 ist rechteckig ausgebildet und wird vorzugsweise als Wägezelle zur Gewichtsermittlung eingesetzt. Der Biegebalken ist einteilig ausgebildet und besteht vorzugs¬ weise aus einem speziellen hochfesten aushärtbaren korrosions¬ beständigen martensitigen Federstahl, der durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt wurde und insbesondere für messtechni¬ sche Zwecke nur wenig Hysterese und nur geringes Kriechverhal- ten aufweist. Deshalb sind mit derartigen Messgrößenaufnehmern sehr genaue Kraft- und Gewichtsmessungen durchführbar. Derar¬ tige Messgrößenaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen 2 an ent¬ sprechenden kraftbeaufschlagbaren Verformungskörpern 7 sind auch in andere Ausführungsvarianten herstellbar und können auch zur Drehmoment-, Druck-, Dehnungsmessung oder anderen kraftrelevanten Messungen eingesetzt werden.
Der dargestellte Kraftaufnehmer bzw. Wägezelle enthält Deh¬ nungsmessstreifen 2 in Form von Scherkraftaufnehmern, die an der vertikalen Zwischenwand 8 appliziert und deshalb innerhalb einer Bohrung 3 vorgesehen sind. Diese Dehnungsmessstreifen 2 sind erfindungsgemäß durch ein napfförmiges Blechteil 4 aus einem speziellen Maraging-Stahl hermetisch abgedichtet, wel¬ ches sich in die Bohrung 3 erstreckt und mit seinem Außenrand 10 mit dem Verformungskörper 7 rundherum verschweißt ist, was vorzugsweise mit Hilfe einer Laserschweißanlage automatisch erfolgt.
Das napfförmige Blechteil 4 ist durch einen Tiefziehvorgang hergestellt und besteht aus einem aus der DE 100 01 650 Al be¬ kannten Maraging-Federstahl, der unter dem Handelsnamen Marvac 125 von der Fa. Vacuumschmelze GmbH aus D-63460 Hanau herge¬ stellt und vertrieben wird. Dieser Maraging-Stahl besteht vor¬ zugsweise aus einer Legierung mit 7,8 Gew.-% Nickel, 13 Gew.-% Chrom, 1 Gew.-% Molybdän, 0,2 Gew.-% Silizium, 0,3 Gew.-% Man¬ gan, 0,25 Gew.-% Berillium, 0,2 Gew.-% Titan sowie dem Rest Eisen und ist nach dem Tiefziehvorgang aushärtbar, wodurch sich für das ausgeformte Blechteil 4 hervorragende Werte be¬ züglich Hysterese und Kriecheigenschaften ergeben, die erst einen Einsatz zur Anwendung bei derartigen hochgenauen Mess¬ wertaufnehmern ermöglichen. Da diese Blechteile 4 auch noch über eine gute Korrosionsbeständigkeit und gute Schweißeigen¬ schaften verfügen, sind sie für eine dauerhafte Abdichtung von empfindlichen Dehnungsmessstreifen 2 geeignet.
Das napfförmige Blechteil 4 wird aus einem dünnen Maraging- Stahlblech von vorzugsweise 0,1 mm Dicke durch Tiefziehen her¬ gestellt. Dabei besitzt die dargestellte Ausführung für eine Biegebalkenwägezelle einen runden Durchmesser von etwa 20 mm bei einer Tiefe von ca. 10 mm, das in eine 25 mm Bohrung ein¬ gesetzt wird. Das napfförmige Blechteil 4 verfügt über einen nach außen rechtwinklig umgebördelten Außenrand 19, der auf dem äußeren Rand des Verformungskörpers 7 aufliegt und automa¬ tisch mit diesem rundum verschweißbar ist. Durch die isotrope Struktur des Maraging-Bleches sind Blechteile mit kleinen Bie¬ geradien R ≥ 1 mm tiefziehbar, so dass napfartige Blechteile 4 mit senkrecht aufeinander stehenden Seitenwand- 11 und Boden¬ wandflächen 12 herstellbar sind, die bei einer Belastung des Biegebalkenaufnehmers 1 in dessen Biegerichtung relativ biege- weich sind, so dass eine messwertverfälschende Kraftneben¬ schlusswirkung im Grunde kaum auftritt.
Derartige napfförmige Blechteile 4 zur hermetischen Abdichtung von Dehnungsmessstreifen 2 an Messwertaufnehmern sind nicht nur innerhalb von Bohrungen 3 anbringbar, sondern auch nach außen gerichtet zur Abdeckung von Dehnungsmessstreifen 2 an ebenen Außenwandflächen geeignet. Derartige Napfformen müssen auch nicht rund ausgebildet sein, sondern sind wegen der guten Tiefziehfähigkeit im Grunde auch in eckiger Formgestaltung herstellbar. Dabei können die bei Belastung verformbaren Sei- tenwandteile 11 auch in gewellter Form ausgebildet werden, um die geringe Kraftnebenschlusswirkung noch zu verringern. Durch die gute Tiefziehfähigkeit sind auch nach innen gerichtete napfförmige Ausbildungen sowohl mit runden als auch mit ecki¬ gen Ausformungen herstellbar, wie sie beispielsweise für Dop- pelbiegebalkenaufnehmer mit doppelten Bohrungen notwendig sind.

Claims

MessgrößenaufnehmerPatentansprüche
1. Messgrößenaufnehmer mit einem Verformungskörper (7), an dem mindestens ein Dehnungsmessstreifen (2) appliziert ist, wobei der Dehnungsmessstreifen (2) durch mindestens ein dünnes tiefgezogenes metallisches Blechteil (4) gegen äußere Umgebungseinflüsse hermetisch abgedichtet ist, da¬ durch gekennzeichnet, dass das Blechteil (4) aus einem hochfesten aushärtbaren korrosionsbeständigen Federstahl vom Maraging-Typ besteht, der im wesentlichen aus 6 bis 9 Gew.-% Nickel, 11 bis 15 Gew.-& Chrom, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Titan, 0,2 bis 0,3 Gew.-% Berillium und dem Rest Eisen be¬ steht, wobei der Federstahl eine Martensit-Temperatur Ms≥130°C aufweist und der Ferritgehalt des Federstahls cFer- nt< 3% beträgt.
2. Messgrößenaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das metallische Blechteil (4) napfförmig rund oder mehreckig ausgebildet ist und eine Blechdicke von 0,05 bis 0,5 mm aufweist.
3. Messgrößenaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das napfförmige Blechteil (4) zu den napfförmigen Seitenwänden (11) einen rechtwinkligen oder stumpfwinklig abstehenden planen Außenrand (10) enthält, mit dem das Blechteil (4) rundum mit dem Verformungskörper (7) verschweißt ist, wobei das Blechteil (4) mit seinen Seitenwänden (11) und Bodenwandflächen (12) sowohl nach innen in eine Bohrung (3) oder Aussparung eingelassen ist oder vom Verformungskörper (7) nach außen zeigend angeord¬ net ist.
4. Messgrößenaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (11) und die Bodenwandfläche (12) der napfförmigen Blechteile (4) stumpfwinklig bis rechtwinklig aufeinander stehen und Ver- bindungsradien (R) von 1 mm bis 10 mm aufweisen.
5. Messgrößenaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das napfförmige Blech¬ teil (4) durch ein oder mehrere Tiefzieharbeitsgänge so ausgebildet ist, dass das Verhältnis von Napftiefe zu Napfdurchmesser bzw. Napfdiagonale ein Verhältnis von 1:1,5 oder größer ist.
6. Messgrößenaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefgezogenen Blech¬ teile (4) aus glatten elektropolierten oder gewellten Wandteilen (11, 12) bestehen.
7. Verwendung eines hochfesten aushärtbaren korrosionsbestän- digen Federstahls vom Maraging-Typ, mit isotroper Umform- barkeit, der im wesentlichen aus 6 bis 9 Gew.-% Nickel, 11 bis 15 Gew.-& Chrom, 0,1 bis 0,3 Gew.-% Titan, 0,2 bis 0,3 Gew.-% Berillium und dem Rest Eisen besteht, wobei der Fe¬ derstahl eine Martensit-Temperatur Ms≥130°C aufweist und der Federstahl einen Ferritgehalt cFerrit< 3% besitzt, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Federstahl als dünnes tief¬ gezogenes Blechteil (4) zur Abdichtung von Dehnungsmess¬ streifen (2) an Verformungskörpern (7) eines Messgrößen¬ aufnehmers (1) zum Schutz vor Umgebungseinflüssen vorgese- hen ist.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7644628B2 (en) * 2005-12-16 2010-01-12 Loadstar Sensors, Inc. Resistive force sensing device and method with an advanced communication interface
DE102007017981B4 (de) 2007-04-05 2008-12-04 Bizerba Gmbh & Co. Kg Kraftmesszelle und Verfahren zur Herstellung einer Kraftmesszelle
DE102008064169B4 (de) 2008-12-22 2013-07-18 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Wägezelle
CN202158916U (zh) * 2009-09-30 2012-03-07 泰科思有限责任公司 用于检测形变的测量装置
DE102010014152B4 (de) 2010-04-07 2015-12-24 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Wägezelle
DE102011115496A1 (de) 2011-10-10 2013-04-11 Bizerba Gmbh & Co. Kg Wägezelle
EP2857816A4 (de) * 2012-05-25 2015-12-09 Hitachi Ltd Mechanische mengenmessvorrichtung
JP6203629B2 (ja) * 2013-12-24 2017-09-27 株式会社マルサン・ネーム 重量センサ及び重量センサユニット
JP6162670B2 (ja) * 2014-10-03 2017-07-12 株式会社東京測器研究所 ひずみゲージ用合金及びひずみゲージ
DE102016004038B3 (de) * 2016-04-02 2017-08-24 Werner Steprath Kraftmessbolzen, ein Kraftsensor, der besonders für den Einsatz in Ackerschleppern geeignet ist.
DE102018113771B4 (de) * 2018-06-08 2023-05-25 Schenck Process Europe Gmbh Messvorrichtung zur Ermittlung von Zug- und Druckkräften, insbesondere Wägezelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459863A (en) * 1982-08-09 1984-07-17 Safelink Ab Shear beam load cell
EP0752575A2 (de) * 1995-07-07 1997-01-08 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Wägezelle
DE10001650A1 (de) * 2000-01-17 2001-07-26 Vacuumschmelze Gmbh Federstahl vom Maraging-Typ

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2507501A (en) * 1945-07-14 1950-05-16 Clark James Pressure operated resistor
US3212325A (en) * 1963-07-30 1965-10-19 Katz Lester Force measuring instrument
US3444499A (en) * 1967-01-16 1969-05-13 Endevco Corp Strain gauge
US3521484A (en) * 1967-03-06 1970-07-21 Electro Dev Corp Load measuring system
US3696317A (en) * 1970-08-19 1972-10-03 Waukesha Bearings Corp Low capacity, low profile load cell
JPS55140112A (en) * 1979-04-19 1980-11-01 Tokyo Electric Co Ltd Weighing device employing load cell
US4596155A (en) * 1983-12-27 1986-06-24 Kistler-Morse Corporation Isotropic strain sensor and load cell employing same
DD242680A1 (de) * 1985-11-14 1987-02-04 Akad Wissenschaften Ddr Hochdruckaufnehmer
DE3730703A1 (de) * 1987-09-12 1989-03-23 Philips Patentverwaltung Kraftaufnehmer
JPH02150537U (de) * 1989-05-24 1990-12-26
US5265461A (en) * 1991-03-19 1993-11-30 Exxon Production Research Company Apparatuses and methods for measuring ultrasonic velocities in materials
US5220971A (en) * 1991-09-24 1993-06-22 Sensortronics Shear beam, single-point load cell
US5313022A (en) * 1992-11-12 1994-05-17 Kistler-Morse Corporation Load cell for weighing the contents of storage vessels
DE19948045B4 (de) * 1998-10-06 2008-01-10 Takata Corp. Sitzgewichtsmeßvorrichtung
ATE302939T1 (de) * 2001-12-15 2005-09-15 S C A I M E S A Messwertaufnehmer
US6789435B2 (en) * 2002-10-01 2004-09-14 Hottinger Baldwin Measurements, Inc. Hermetically sealed load cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459863A (en) * 1982-08-09 1984-07-17 Safelink Ab Shear beam load cell
EP0752575A2 (de) * 1995-07-07 1997-01-08 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Wägezelle
DE10001650A1 (de) * 2000-01-17 2001-07-26 Vacuumschmelze Gmbh Federstahl vom Maraging-Typ

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