WO2015010684A1 - Stabförmiger kraftaufnehmer mit verbessertem verformungsverhalten - Google Patents

Stabförmiger kraftaufnehmer mit verbessertem verformungsverhalten Download PDF

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WO2015010684A1
WO2015010684A1 PCT/DE2014/000391 DE2014000391W WO2015010684A1 WO 2015010684 A1 WO2015010684 A1 WO 2015010684A1 DE 2014000391 W DE2014000391 W DE 2014000391W WO 2015010684 A1 WO2015010684 A1 WO 2015010684A1
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force transducer
deformation body
transverse axis
strain
central
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PCT/DE2014/000391
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Andreas Jäger
Heinz-Ronald Will
Werner Schlachter
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Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a rod-shaped force transducer whose deformation behavior is better than that of known rod-shaped force transducers.
  • Rod-shaped force sensors are known in which a longitudinal expansion and a transverse expansion of the deformation body are respectively detected by means of strain sensors attached to a rod-shaped measuring body or deformation element. From the electrical signals generated by the strain transducer can then be determined to be measured force.
  • load cells When provided for the construction of scales, such load cells are also referred to as load cells.
  • a complex adjustment is required, which is also referred to as rotation compensation. This is intended to counteract production-related tolerances in the deformation body or the strain transducers and the force transducer to be made less sensitive to lateral or lateral forces and thus against changes in the introduction of force.
  • the rotation adjustment is performed as follows. One end of the rod-shaped force transducer is clamped in a holding device. The load cell is loaded at its other end by a loading device. This process is repeated three times after a respective rotation of the holding device together with the clamped force transducer by 90 °. From the Measurements of the force transducer in the various rotational positions is closed on whether an adjustment is required. If so, the force transducer is again rotated several times and made a mechanical adjustment by material removal and / or an electrical balance. Alternatively, the adjustment may also be performed by not rotating the load cell but the loader. In this case, multiple material removal devices or a rotatable material removal device are required for the mechanical adjustment. The rotation adjustment always requires several rotations and loads. Therefore, the implementation of the rotation adjustment is expensive.
  • EP 0 800 064 B1 describes a rod-shaped force transducer of the type described above and mentions the rotational adjustment made for it. In DE 44 16 442 A1, the rotation adjustment is described in detail.
  • the distribution of lines of force in the middle of the compression body, where the strain gauges are located is increasingly inhomogeneous.
  • the sensitivity of the load cell can be increased by deepening and / or widening the two slots. It can be reduced by increasing the diameter of the two holes.
  • the measurement behavior is influenced by material removal in order to increase the measuring range with a linear characteristic curve.
  • the sensitivity of the force transducer is increased by the two slots are deepened and / or widened, and reduced by the diameter of the two holes is increased. This is how the measuring range with a linear characteristic should be set very precisely. This is an iterative and expensive process.
  • a force transducer for measuring compressive and / or tensile forces comprises a rod-shaped deformation body having at least a front side, a rear side, a left side, a right side, an upper end side and a lower end side, and at least four strain gauges attached to the deformation body and arranged to measure a longitudinal strain and a transverse strain of the deformation body.
  • a front elongated recess is provided in the region of an intersection between a central longitudinal axis and a central transverse axis of the deformation body.
  • the front elongated recess opposite a rear elongated recess is provided on the rear side. At least one left upper notch above the central transverse axis and one left lower notch below the central transverse axis are provided on the left side. Opposite these notches on the left side, at least one right upper notch and one right lower notch are provided on the right side.
  • a material cross-section of the deformation body in a center plane extending orthogonally to the central longitudinal axis and encompassing the central transverse axis has a material cross-sectional area content.
  • a left first portion of the material cross section extends from a left first straight line passing through an edge of the front elongate recess toward the left side and an edge of the rear elongate recess toward the left side to an edge of the material cross section to the left Side down.
  • the first subarea has a first subarea area content.
  • a right second portion of the material cross section extends from a right second straight line passing through an edge of the front elongate recess toward the right side and an edge of the rear elongate recess toward the right side to an edge of the material cross section the right side.
  • the second partial area has a second partial area area.
  • a ratio between the material cross sectional area content and a sum of the first partial area area and the second partial area area is not smaller than 1.56 and not larger than 2.15.
  • the special design of the deformation body with the elongated recesses on its front and rear side, the notches on its left and right sides and the special area ratio at its material cross-section causes the deformation of the body deformation under the action of a compressive force to be measured to the left side and extends symmetrically to the right side. When subjected to a tensile force to be measured, it contracts accordingly from the left side and from the right side symmetrically together. This also applies in the case of a not completely coaxial force acting and / or the influence of additional lateral forces.
  • the symmetrical deformation is achieved by leaving only a thin web between the elongated recesses and the indentations, which are arranged in a very specific manner.
  • a type of "joint effect” is achieved, which, in conjunction with the specular area ratio in the material cross section, leads to the particularly symmetrical deformation.
  • the rod-shaped force transducer has a better deformation behavior than known rod-shaped force transducer. As a result, it has a high degree of linearity and measuring accuracy, which are completely sufficient under normal measuring accuracy requirements. This always applies regardless of the rated load of the force transducer when the features described above are present.
  • an angle between the central transverse axis and a shortest connecting line between the front elongated recess and the left upper notch is not less than 17 ° and not greater than 29 °.
  • the described "joint effect" is particularly pronounced, regardless of a rated load of the force transducer.
  • the force transducer is after its preparation even without a mechanical adjustment by material removal and / or electrical balance to compensate manufacturing tolerances in the deformation body or the strain transducers, in particular without a rotational adjustment, insensitive to Störkrafteinfladore. As a result, can be dispensed with a complex adjustment measure and the force transducer is easier to balance.
  • the elongated recesses are each formed substantially elliptical.
  • the elongated recesses are consistently convex. If the indentations are also consistently convex, then exactly one thinnest point between the recess and the notch is present. This promotes the symmetrical deformation of the deformation body both under the action of a compressive force to be measured and under the action of a tensile force to be measured.
  • the substantially elliptical elongated recesses can be produced well with a rotationally symmetrical tool. According to claim 4, the notches are each formed substantially part-circular.
  • the notches are consistently convex. If the elongated recesses are also consistently convex, exactly one thinnest point between the recess and the notch is then present in each case. This in turn favors the symmetrical deformation of the deformation body both by the action of a compressive force to be measured and by the action of a tensile force to be measured.
  • the essentially part-circular indentations can also be produced well with a rotationally symmetrical tool.
  • the front elongated recess and the rear elongated recess are each centered with respect to the point of intersection.
  • the left upper notch and the left lower notch and the right upper notch and the right lower notch are each symmetrically arranged with respect to the central transverse axis.
  • the centered arrangement of the elongate recesses and the symmetrical arrangement of the notches mean that lines of force of a compressive force or tensile force to be measured are distributed uniformly in the deformation body. As a result, the deformation body deforms evenly.
  • At least four front recesses are provided in the front elongate recess and these each opposite in the rear elongated recess at least four rear recesses provided hen, which may each be continuous or non-continuous recesses.
  • the symmetrical deformation of the deformation body is supported in the desired manner.
  • At least three front strain transducers are arranged in the front elongate recess and arranged in the rear elongated recess at least three rear extensometers.
  • One of the front Ren strain transducer and one of the rear strain transducer is centered with respect to the intersection and arranged to measure the longitudinal strain.
  • Two of the front strain transducers and two of the rear strain transducers are arranged symmetrically above and below the central transverse axis and arranged to measure the transverse strain.
  • the deformation body is formed symmetrically with respect to a first plane formed by the central longitudinal axis and the central transverse axis.
  • the deformation body is also symmetrical with respect to the median plane with respect to a second plane extending orthogonally to the central transverse axis and comprising the central longitudinal axis formed symmetrically.
  • the predominantly symmetrical design of the deformation body favors its symmetrical deformation.
  • the deformation body made of steel, titanium, aluminum or beryllium copper.
  • the metals mentioned have material properties and, in particular, cross-sectional numbers which enable the desired deformation behavior of the deformation body.
  • FIG. 1a shows a front view of the force transducer 101 according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 1b shows a section K-K through the force transducer 101
  • FIG. 1c shows a perspective view of the force transducer 101.
  • the force transducer 101 comprises a rod-shaped deformation body 102 made of a material such as steel, titanium, aluminum or beryllium copper. It can be worked out of a rod with a circular, square or other cross-section, z. B. from a piece of round steel or rectangular steel.
  • the following description assumes that the deformation body is based on a cylindrical rod and itself has a cylindrical basic shape as shown in the drawings. However, other variants are also possible in which the deformation body 102 can then also have more sides than the sides described below.
  • the deformation body 102 has a central longitudinal axis L which extends vertically in the front view shown in FIG. 1a.
  • the central longitudinal axis L and the two central transverse axes Q1 and Q2 all run through a common point of intersection S and orthogonal to each other. They form three levels, which also each orthogonal to each other.
  • the force transducer 101 and its deformation body 102 are largely symmetrical with respect to each of the three planes formed by the central longitudinal axis L and the two central transverse axes Q1 and Q2, which is explained in more detail below.
  • the deformation body 102 has a front side 103, which is shown frontally in the front view shown in Fig. 1 a. It also has a rear side 104 which is not completely visible in the drawings and which is shown at least in cross section in FIG. 1 b. It is symmetrical with respect to the front side 103 shown in FIG. 1a and looks like this in a frontal representation. In other words, in FIG. 1a, the rear side 104 could also be shown in a frontal representation if it were provided with different reference numbers.
  • the deformation body 102 further has a left side 105 located in FIG. 1 a, a right side 106 located on the right in FIG. 1 a, an upper end side 107 located at the top in FIG. 1 a and a lower end located at the bottom in FIG Front page 108 on.
  • the upper end face 107 and the lower end face 108 each form a force introduction surface, via which a force F to be measured or a corresponding counter force can be introduced.
  • the upper end face 107 and the lower end face 108 are preferably spherical and centered with respect to the central longitudinal axis L.
  • the upper end face 107 or the lower end face 108 can but also be trained for example. It is also possible for both the upper end side 107 and the lower end side 108 to be flat.
  • the deformation body 102 has on its front side 103 a front elongated recess 109 which extends in the direction of the central longitudinal axis passing through the upper end side 107 and the lower end side 108 L of the deformation body 102 extends in the flattened region of the front side 103. It has at its upper end and its lower end a clear distance to the edge of the flattened portion of the front side 103, while it ends at its left end and its right end just before this edge.
  • the major axis of the front elongated recess 109 extends in the direction of the central longitudinal axis L and its minor axis in the direction of the first central transverse axis Q1, with their major vertices forming their top and bottom ends and their minor vertices forming their left and right ends.
  • the deformation body 102 has a rear elongated recess 110, which is not completely visible in the drawings, but is shown at least in cross-section in FIG. 1 b. It lies opposite the front elongated recess 109, has the same shape as the latter and is located in the flattened region of the rear side 104.
  • the rear elongate recess 110 could also be shown in FIGS. 1a and 1c, when FIG they would be provided with other reference numerals.
  • the two elongated recesses 109 and 110 are located respectively in the center of the deformation body 102, that is in the region of the intersection S between the central longitudinal axis L, the first central transverse axis Q1 extending from the left side 105 to the right side 106 and that of the front side 103 to the rear side 104 extending second central transverse axis Q2. More specifically, the two elongated recesses 109 and 110 are respectively centered with respect to the point of intersection S.
  • Each of the elongated recesses 109 and 110 is preferably elliptical. However, other elongated shapes such as a slot shape or the form described below in connection with the fifth embodiment are possible.
  • a central web 111 on which, as explained in more detail below strain transducers are applied.
  • a bottom surface at the lower end of the front elongate recess 109 and a bottom surface at the lower end of the rear elongated recess 110, each forming one side of the central land 111, are preferably plane-parallel.
  • a depth of the elongate recesses 109 and 110 and thus a thickness d of the middle web 111 remaining between them are selected with regard to which nominal load the force transducer 101 is designed for.
  • the first embodiment is based on a relatively low rated load such as 7500 kg, so that the thickness d of the central web 111 in this case is comparatively low. At higher rated loads, the thickness d is correspondingly greater in order to meet the then higher demands on the stability of the deformation body 102.
  • a material cross-section A of the deformation body 102 is shown hatched.
  • the section KK through the force transducer 101 and thus also the material cross-section A of Deformation body 102 extend in a center plane of the deformation body 102 or of the force transducer 101 that extends orthogonally to the central longitudinal axis L and encompasses the first central transverse axis Q1.
  • An area of the material cross-section A is referred to below as material cross-sectional area.
  • a left-hand or left-hand first straight line G1 which is illustrated by a broken line in FIG. 1b, runs in a left-hand section of the front elongate recess 109 in FIG
  • the left edge of the rear elongated recess 110 and the left edge of the rear elongated recess 110 are each about the edge of the elongated recess to the left side 105 of Deformation body 102 out.
  • a right-hand or right-hand second straight line G2 which is likewise illustrated by a dashed line in FIG. 1b, extends in a region of the section KK on the right in FIG. 1b through a right-hand edge of the front elongate recess 109 and a right-hand one
  • the edge of the rear elongated recess 110 represents an extension of these edges.
  • the right edge of the front elongated recess 109 and the right edge of the rear elongated recess 110 are each the edge of the elongate recess to the right side the deformation body 102 out.
  • a left-hand or left-hand first subregion B1 of the material cross-section A is that subregion of the material cross-section A which is located to the left of the left first straight line G1 in FIG. 1b and extends up to a left edge of the deformation body 102 or the material cross-section A.
  • the left first portion B1 extends from the left first straight line G1 to the edge of the material section A toward the left side 105 of the deformation body 102.
  • An area of the left first portion B1 is hereinafter referred to as a first portion area area.
  • a right-hand or right-hand second partial region B2 of the material cross section A is that region of the material cross-section A which is located on the right next to the right second straight line G2 in FIG.
  • the right second portion B2 extends from the right second straight line G2 to the edge of the material section A toward the right side 106 of the deformation body 102.
  • An area of the right second partial area B2 is referred to below as a second partial area area content.
  • the material cross section A and its two subregions B1 and B2 are in a specific size relationship to one another. More specifically, a ratio between the material cross-sectional area and a sum of the first partial area area and the second partial area area is between 1.56 and 2.15, d. H. is not smaller than 1:56 and not larger than 2,15.
  • the deformation body 102 has on its left side 105 a left upper groove or notch 112 located above the first central transverse axis Q1 and a left lower notch 113, which is located below the first central transverse axis Q1 on. Further, on the right side 106 of the deformation body 102, there is a right upper notch 114 located above the first central transverse axis Q1 and opposed to the left upper notch 112, and a right lower notch 115 extending below the first is located at the first central transverse axis Q1 and the left lower notch 113 opposite, is provided. There are also variants with more than two notches per page conceivable.
  • the left notches 112 and 113 both have the same distance to the first central transverse axis Q1 or the plane formed by them and the second central transverse axis Q2, ie they are arranged symmetrically with respect to the first central transverse axis Q1 or this plane.
  • Each of the notches 112, 113, 114 and 15 is preferably part-circular in shape, but may also have another shape, such as that of an ellipse section.
  • each of the notches 1 12, 1 13, 1 14 and 1 15 extends into the flattened portion of the front side 103 and the flattened portion of the rear side 104.
  • the its thinnest point has a width b.
  • each of the indentations 1 12, 13, 14 and 15 and between the rear elongate recess 110 and each of the indentations 1 12, 1 13, 1 14 and 1 15 each have a web which has a width b at its thinnest point available.
  • front elongated recess 109 and the rear elongated recess 1 10 are strictly convex or continuous convex, ie, for example, as described above are elliptical, and the notches 1 12, 1 13, 1 14 and 1 15 also strictly convex or continuous are formed convex, ie, for example, as described above part-circular, is in each case between one of the elongated recesses 109 and 1 10 and one of the notches 1 12, 1 13, 1 14 and 1 15 exactly one thinnest point available, at which the respective web the Has width b.
  • a shortest connecting line V of length I exists between the front elongate recess 109 and the left upper notch 12.
  • An angle ⁇ between the first central transverse axis Q1 and the shortest connecting line V of length I between the front elongate recess 109 and the left upper notch 12 and an extension of this shortest connecting line V as shown in FIG. 1a is between 17 ° and 29 °, ie not less than 17 ° and not greater than 29 °.
  • a front middle strain transducer 1 17, a front upper strain transducer 1 18 and a front lower strain transducer 1 19 mounted on a common carrier or separate Carriers can be realized.
  • a front common carrier 120 is shown.
  • a common carrier brings with it the advantages described in EP 0 800 064 B1, such as, for example, lower production costs, lower wiring complexity and simplified attachment.
  • the front common carrier 120 and the front strain transducers 1 17, 1 18 and 1 19 are arranged in the front elongated recess 109.
  • the front middle strain transducer 1 17 is arranged to measure a longitudinal expansion of the deformation body 102 occurring in the direction of the central longitudinal axis L and is centered with respect to the point of intersection S.
  • the front upper extensometer 1 18 and the front lower extensometer 19 are arranged to measure a transverse strain of the deformation body 102 occurring in the direction of the first central transverse axis Q 1, centered with respect to the central longitudinal axis L and relative to the first central transverse axis Q 1.
  • a rear middle strain gauge 121 On the rear side 104 of the deformation body 102, a rear middle strain gauge 121, a rear upper strain gauge 122 and a rear lower strain gauge 123 are mounted, which are not visible in Fig. 1a and Fig. 1c and in Fig. 1 b only partially. They correspond to the front strain transducers 117, 118 and 119 and are opposite to these. They can also be realized on a common carrier or separate carriers, wherein a rear common carrier 124, which is not seen in FIG. 1a and FIG.
  • FIGS. 1a and 1c can be seen in cross-section in FIG.
  • the three rear extensometers 121, 122 and 123 and their rear common carrier 124 could also be shown in FIGS. 1a and 1c if they were provided with different reference numbers.
  • the rear common carrier 124 and the rear extensometers 121, 122 and 123, respectively, are disposed in the rear elongated recess 110 and opposite the front common carrier 120 and the front elongation receivers 117, 118 and 119, respectively.
  • the rear middle extensometer 121 like the front central extensometer 117, is designed to measure the longitudinal extension of the deformation body 102 occurring in the direction of the central longitudinal axis L and is centered with respect to the point of intersection S.
  • the rear upper extensometer 122 and the rear lower extensometer 123, as well as the front extensometers 118 and 119, are arranged to measure the transverse strain of the deforming body 102 in the direction of the first central transverse axis Q1, centered with respect to the central longitudinal axis L, and positioned relative to the longitudinal axis first central transverse axis Q1 or the plane formed by it and the second central transverse axis Q2 symmetrically, i. H. at the same distance from them, above and below the first central transverse axis Q1 or this plane.
  • the strain transducers 117, 118, 119, 121, 122 and 123 may be, for example, electrical or optical strain transducers. So z. B. the front extensometers 117, 118 and 119 as three measuring grid be realized on a film of a film strain gauge and the rear strain sensors 121, 122 and 123 as three measuring grids on a film of another film strain gauge or all strain transducers may be realized as Bragg grating of optical strain gauges.
  • strain transducers can also be provided a different number of strain transducers.
  • only one strain transducer for measuring the longitudinal strain and one strain transducer for measuring the transverse strain may be attached to both the front side 103 and the rear side 104, as described in EP 0 800 064 B1.
  • the strain transducers can be interconnected in a Wheatstone bridge circuit.
  • certain electronic components for further processing of the signals supplied by the strain transducers such as amplifiers, A / D converters, etc. may be provided, which may also be implemented as parts of an integrated circuit.
  • the force transducer 101 When the force transducer 101 is used to measure the introduced force F, i. H. In the case of a force measurement, the ratio between the transverse strain and the longitudinal expansion of the deformation body 102 measured by the strain transducers 1 17, 1 18, 1 19, 121, 122 and 123 is between 55% and 72%.
  • front recesses 125 ', 125 ", 125'" and 125 "" are provided in the front elongate recess 109, which together are referred to below as front recesses 125 .
  • the first front recess 125 'and the second front recess 125 "on the one side and the third front recess 125""and the fourth front recess 125""on the other side also each have the same distance from the first central transverse axis Q1 or Q1 of the plane formed by them and the second central transverse axis Q2, ie they are arranged symmetrically with respect to the first central transverse axis Q1 or this plane.
  • rear recesses 126 ', 126 ", 126'" and 126 "" are provided, which are not shown in the drawings and together referred to as rear recesses 126.
  • the four rear recesses 126 could be shown in Fig. 1 a and Fig. 1 c, if they were provided with other reference numerals.
  • the four front recesses 125 may each be continuous recesses, in which case they coincide with the four rear recesses 126 or are identical.
  • the four front recesses 125 and the four rear recesses 126 can also each be non-continuous recesses, in which case material in each case remains between the base surfaces at the lower ends of the mutually opposite recesses. This is the case with the force transducer 101 according to the first embodiment.
  • the four front recesses 125 and the four rear recesses 126 may have a circular cross-section as shown in Fig. 1 a and Fig. 1 c, but may for example also have an elliptical cross-section, be formed as slots or have other shapes.
  • each more or less than four recesses may be provided and the recesses be positioned differently than shown in Fig. 1 a and Fig. 1 c.
  • a circumferential narrow upper projection 127 or a circumferential narrow lower projection 128 whose diameter is slightly larger than both a distance from the left side 105 to the right side 106 and a diameter of the deformation body 102 immediately beyond the projections 127 and 128, preferably as large as this Distance is.
  • At the upper second portion 131 may be connected to a force introduction device such.
  • a thread 133 may be attached or an unillustrated other attachment means such as a transverse bore may be provided.
  • At the lower second portion 132 may be connected to a force introduction device such.
  • a base plate of a balance over which the corresponding counterforce can be initiated as shown in Fig. 1 a and Fig. 1 c, a thread 134 may be attached or an unillustrated other fastening means such as a transverse bore may be provided.
  • a through hole 135 may be provided which starts horizontally, then kinks obliquely downward, and finally terminates below the upper projection 127 in an upper portion of the upper right notch 114. It is used to pass through a cable, not shown in the drawings, via which the strain sensors 117, 118, 119, 121, 122 and 123 or electronic components connected downstream of them can be connected. In this way, the strain gauges 117, 118, 119, 121, 122 and 123 or the electronic components, even if they are hermetically encapsulated to protect against dust, moisture or other environmental influences, for example, be connected to an evaluation device and / or display device.
  • the encapsulation can be z. B. by a completely closed sleeve, which extends along the central
  • Longitudinal axis L extends approximately as far as the flattened portion of the front side 103 and the rear side 104, be realized.
  • FIG. 2a shows a front view of the force transducer 201 according to the second exemplary embodiment
  • FIG. 2b shows a section K-K through the force transducer 201
  • FIG. 2c shows a perspective view of the force transducer 201.
  • the elements 202 to 224 and 227 to 235 correspond to the described below in connection with the first embodiment, elements 102 to 124 and 127 to 135 except for the modifications described below, while the force transducer 201 according to the second embodiment, none of the front recesses 125th and the rear recesses 126 corresponding elements are provided.
  • the modifications are due to the fact that in the second embodiment of an increased nominal load such as 15000 kg is assumed.
  • the elongate recesses 209 and 210 are slightly narrower than the elongated recesses 109 and 110, which applies equally to the flattened regions of the front side 203 and the rear side 204.
  • the thickness d of the central web 211 is slightly larger than that of the central web 111.
  • the elongated recesses 209 and 210 each have at their upper end and their lower end a significant distance from the edge of the flattened portion of the front side 203 and the rear side 204, but go almost at their left end and its right end almost completely up to this edge.
  • the notches 212, 213, 214 and 215 are slightly less deep than the notches 1 12, 1 13, 114 and 1 15 and each extend to the edge of the flattened portion of the front side 203 and the edge of the flattened portion of the rear Page 204.
  • FIG. 3a shows a front view of the force transducer 301 according to the third exemplary embodiment
  • FIG. 3b shows a section K-K through the force transducer 301
  • FIG. 3c shows a perspective view of the force transducer 301.
  • the elements 302 to 332 and 335 correspond to the described in connection with the first embodiment, elements 102 to 132 and 135, except for the modifications described below, while the force transducer 301 according to the third embodiment, the upper thread 133 and the lower thread 134 corresponding elements are provided.
  • the modifications are due to the fact that in the third embodiment of a higher rated load such as 20000 kg is assumed.
  • the elongated recesses 309 and 310 are made narrower than the elongate recesses 109 and 110, which applies to the same extent to the flattened areas of the front side 303 and the rear side 304.
  • the thickness d of the central web 31 1 is greater than that of the central web 11.
  • the oblong recesses 309 and 310 each have at their upper end and their lower end a clear distance from the edge of the flattened area of the front side 303 and the rear side 304, but extend respectively at their left end and their right end up to this edge.
  • the notches 312, 313, 314 and 315 are formed deeper and with a smaller radius than the notches 1 12, 1 13, 1 14 and 1 15 extend but also into the flattened area of the front side 303 and the flattened area of the rear side 304 inside.
  • the four front recesses 325 are each continuous recesses and coincide with the four rear recesses 326 or are identical to these.
  • FIG. 4a shows a front view of the force transducer 401 according to the fourth exemplary embodiment
  • FIG. 4b shows a section K-K through the force transducer 401
  • FIG. 4c shows a perspective view of the force transducer 401.
  • the elements 402 to 432 and 435 correspond to the described in connection with the first embodiment, elements 102 to 132 and 135 except for the modifications described below, while in the force transducer 401 according to the fourth embodiment, none of the upper thread 133 and the lower thread 134 corresponding elements are provided.
  • the modifications are due to the fact that in the fourth embodiment of an even higher rated load such as 30000 kg is assumed.
  • the elongate recesses 409 and 410 are designed to be significantly narrower than the elongated recesses 109 and 110, which applies to the same extent to the flattened areas of the front side 403 and the rear side 404.
  • the thickness d of the central web 411 is significantly greater than that of the central web 111.
  • the elongate recesses 409 and 410 each have at their upper end and their lower end a clear distance to the edge of the flattened portion of the front side 403 and the rear Page 404, but are enough at their left end and their right end to this edge.
  • the indentations 412, 413, 414 and 415 are designed deeper and with a smaller radius than the notches 112, 113, 114 and 115. They extend are not quite as far as the flattened area of the front side 403 and the flattened area of the rear side 404.
  • front recesses 425 ', 425 “, 425"', 425 “”, 425 and 425 are provided, which together are referred to as front recesses 425.
  • the four front recesses 425 ', 425 “, 425"' and 425 “” correspond to the four front recesses 125 ', 125 ", 125"' and 125 "”.
  • the fifth front recess 425 is disposed above the first front recess 425 'and the second front recess 425 "and centered with respect to the central longitudinal axis L.
  • the sixth front recess 425 is below the third front recess 425'" and the fourth front recess 425 "" and arranged centered relative to the central longitudinal axis L.
  • the six front recesses 425 are each continuous recesses and coincide with the six rear recesses 426 or are identical to these.
  • FIG. 5a shows a front view of the force transducer 501 according to the fifth exemplary embodiment
  • FIG. 5b shows a section K-K through the force transducer 501
  • FIG. 5c shows a perspective view of the force transducer 501.
  • the force transducer 501 according to the fifth embodiment is very similar to the force transducer 101 according to the first embodiment.
  • the elements 502 to 508 and 51 1 to 535 correspond to those described in connection with the first embodiment elements 102 to 108 and 1 1 1 to 135. Only the elongated recesses 509 and 510 are configured differently than the elongated recesses 109 and 1 10.
  • the elongate recesses 509 and 510 widen once more at their upper end and at their lower end.
  • the edges of the notches 512, 513, 514 and 515 and the edges of the elongate recesses 509 and 510 each extend a distance in parallel and it is not a thinnest point, but a thinnest portion with the width b at the respective web between recess and Notch the.
  • the shortest connecting line that runs through the middle of the thinnest region with the width b is relevant here. This is shown in Fig. 5a for a shortest connecting line V of length I between the front elongated recess 509 and the left upper notch 512.
  • the shape of the elongate recesses 509 and 510 is one of several possible alternatives to a fully elliptical configuration of the elongate recesses. These alternatives can be used not only based on the first embodiment, but also based on the second, third or fourth embodiment.
  • the force transducers 101 to 501 according to the first to fifth embodiments are possible. So z. B. in the force transducer 101 according to the first embodiment, the front recesses 125 and the rear recesses 126 also be continuous and thus coincide. In the force transducer 201 according to the second embodiment, the front recesses 125 and the rear recesses 126 may be provided corresponding elements, which may be continuous or non-continuous recesses. In addition, other numbers of the front and rear recesses are possible in all embodiments. Further, for example, in the force transducer 301 according to the third embodiment and the force transducer 401 according to the fourth embodiment, respective members or other fastening means may be provided to the upper thread 133 and the lower thread 134, respectively. Likewise, the force transducer according to the other embodiments may be configured without such threads or fasteners.
  • the present invention relates to a force transducer for measuring compressive and / or tensile forces, comprising a rod-shaped deformation body having at least a front side, a rear side, a left side, a right side, an upper end side and a lower end side and at least four strain transducers, which are attached to the deformation body and adapted to measure a transverse strain and a longitudinal strain of the deformation body has.
  • a front elongate recess is provided in the region of an intersection between a central longitudinal axis and a central transverse axis of the deformation body.
  • the front elongated recess opposite a rear elongated recess is provided on the rear side.
  • At least one left upper notch above the central transverse axis and one left lower notch below the central transverse axis are provided on the left side. These notches on the left side in each case opposite are provided on the right side at least a right upper notch and a lower right notch.
  • a ratio of a surface area of a material cross-section in a center plane orthogonal to the central longitudinal axis and comprising the central transverse axis to a sum of a surface area of a first portion of the material cross-section and an area of a second portion of the material cross-section is not smaller than 1:56 and not greater than 2.15.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kraftaufnehmer zur Messung von Druck- und/oder Zugkräften, der einen stabförmigen Verformungskörper mit zumindest einer vorderen Seite (103), einer hinteren Seite (104), einer linken Seite (105), einer rechten Seite (106), einer oberen Stirnseite und einer unteren Stirnseite sowie zumindest vier Dehnungsaufnehmer (117, 121), die an dem Verformungskörper angebracht und zur Messung einer Längsdehnung und einer Querdehnung des Verformungskörpers eingerichtet sind, aufweist. An der vorderen Seite (103) ist eine vordere längliche Ausnehmung (109) im Bereich eines Schnittpunkts (S) zwischen einer zentralen Längsachse und einer zentralen Querachse (Q1) des Verformungskörpers vorgesehen. Der vorderen länglichen Ausnehmung (109) gegenüberliegend ist an der hinteren Seite eine hintere längliche Ausnehmung (110) vorgesehen. An der linken Seite (105) sind zumindest eine linke obere Einkerbung oberhalb der zentralen Querachse (Q1) und eine linke untere Einkerbung unterhalb der zentralen Querachse (Q1) vorgesehen. Diesen Einkerbungen an der linken Seite jeweils gegenüberliegend sind an der rechten Seite (106) zumindest eine rechte obere Einkerbung und eine rechte untere Einkerbung vorgesehen. Ein Verhältnis eines Flächeninhalts eines Materialquerschnitts in einer orthogonal zu der zentralen Längsachse verlaufenden und die zentrale Querachse (Q1) umfassenden Mittelebene zu einer Summe aus einem Flächeninhalt eines ersten Teilbereichs des Materialquerschnitts und einem Flächeninhalt eines zweiten Teilbereichs des Materialquerschnitts ist nicht kleiner als 1,56 und nicht größer als 2,15.

Description

Stabförmiger Kraftaufnehmer mit verbessertem Verformungsverhalten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen stabförmigen Kraftaufnehmer, dessen Verformungsverhalten besser ist als das von bekannten stabförmigen Kraftaufnehmern.
Es sind stabförmige Kraftaufnehmer bekannt, bei denen jeweils mit Hilfe von an einem stabförmigen Messkörper bzw. Verformungskörper angebrachten Dehnungsaufnehmern eine Längsdehnung und eine Querdehnung des Verformungskörpers erfasst werden. Aus den durch die Dehnungsaufnehmer erzeugten elektrischen Signalen kann daraufhin eine zu messende Kraft ermittelt werden. Wenn sie zum Aufbau von Waagen vorgesehen sind, werden solche Kraftaufnehmer auch als Wägezellen bezeichnet.
Bei einem stabförmigen Kraftaufnehmer der beschriebenen Art ist ein aufwendiger Abgleich erforderlich, der auch als Rotationsabgleich bezeichnet wird. Dadurch soll fertigungsbedingten Toleranzen bei dem Verformungskörper oder den Dehnungsaufnehmern entgegengewirkt und der Kraftaufnehmer unempfindlicher gegen Seiten- oder Querkrafteinflüsse und damit gegen Änderungen in der Krafteinleitung gemacht werden.
Der Rotationsabgleich wird folgendermaßen durchgeführt. Ein Ende des stabför- migen Kraftaufnehmers wird in einer Halteeinrichtung eingespannt. Der Kraftaufnehmer wird an seinem anderen Ende durch eine Belastungseinrichtung belastet. Dieser Vorgang wird nach einer jeweiligen Drehung der Halteeinrichtung mitsamt dem eingespannten Kraftaufnehmer um 90° noch dreimal wiederholt. Aus den Messwerten des Kraftaufnehmers in den verschiedenen Drehstellungen wird darauf geschlossen, ob ein Abgleich erforderlich ist. Falls dem so ist, wird der Kraftaufnehmer erneut mehrmals gedreht und ein mechanischer Abgleich durch Materialabtrag und/oder ein elektrischer Abgleich vorgenommen. Alternativ kann der Abgleich auch durchgeführt werden, indem nicht der Kraftaufnehmer gedreht wird, sondern die Belastungseinrichtung. In diesem Fall werden für den mechanischen Abgleich mehrere Materialabtragungseinrichtungen oder eine drehbare Materialabtragungseinrichtung benötigt. Der Rotationsabgleich erfordert immer mehrere Drehungen und Belastungen. Daher ist die Durchführung des Rotationsabgleichs aufwendig.
In der EP 0 800 064 B1 ist ein stabförmiger Kraftaufnehmer der vorstehend beschriebenen Art erläutert und der für ihn vorgenommene Rotationsabgleich er- wähnt. In der DE 44 16 442 A1 ist der Rotationsabgleich näher beschrieben.
Selbst nach einem derartigen Rotationsabgleich besteht durch den folgenden Effekt die Gefahr einer Verfälschung der Messergebnisse. Wenn über die Krafteinleitungsflächen an den stirnseitigen Enden des Verformungskörpers eine Kraft nicht völlig koaxial zu der Längsachse des stabförmig ausgebildeten Verformungskörpers eingeleitet wird und/oder zusätzliche Querkräfte wirken, so verformt sich der Verformungskörper in der Richtung quer zu der Längsachse nicht gleichmäßig, sondern einseitig. Mit anderen Worten neigt sich der Verformungskörper nach einer Seite und verformt sich nicht koaxial zu seiner Längsachse, wodurch die Kraftlinien nicht mehr in der gewünschten Weise verlaufen. Dies führt zu einer Verfälschung der Messergebnisse.
Neben dem Rotationsabgleich wird z. B. auch noch ein Temperaturabgleich durchgeführt, so dass bei den bekannten stabförmigen Kraftaufnehmern der vor- stehend beschriebenen Art insgesamt mehrere Abgleichmaßnahmen durchzuführen sind. Aus der GB 2 162 322 A ist auch ein stabförmiger Kraftaufnehmer mit einem zylindrischen Stauchkörper, auf dessen Stirnflächen eine zu erfassende Kraft einwirkt, bekannt. Er weist zwei längs zur Kraftrichtung ausgerichtete und einander gegenüberliegende Langlöcher auf, deren Grundflächen einen Steg bilden, auf den längs und quer zur Kraftrichtung angeordnete Dehnungsmessstreifen aufgebracht sind. Der Steg weist in Kraftrichtung vor und hinter den Dehnungsmessstreifen jeweils eine durchgehende Bohrung auf. Bedingt durch die zwei Bohrungen verlaufen bei Einwirkung einer Kraft die Kraftlinien seitlich neben den beiden Bohrungen vorbei. Dadurch wird auch die Kraftlinienverteilung in der Mitte des Stauchkörpers, wo sich die Dehnungsmessstreifen befinden, zunehmend inhomogener. Es verlaufen umso weniger Kraftlinien durch den zwischen den Dehnungsmessstreifen liegenden Bereich des Stegs, je größer der Durchmesser der zwei Bohrungen ist und je geringer deren Abstand von den Dehnungsmessstreifen ist. Die Empfindlichkeit des Kraftaufnehmers kann erhöht werden, indem die beiden Langlöcher vertieft und/oder verbreitert werden. Sie kann verringert werden, indem der Durchmesser der beiden Bohrungen vergrößert wird.
Bei dem in dieser GB 2 162 322 A beschriebenen Kraftaufnehmer wird durch Materialabtrag das Messverhalten beeinflusst, um den Messbereich mit linearer Kennlinie zu vergrößern. Dabei wird die Empfindlichkeit des Kraftaufnehmers erhöht, indem die zwei Langlöcher vertieft und/oder verbreitert werden, und verringert, indem der Durchmesser der zwei Bohrungen vergrößert wird. So soll der Messbereich mit linearer Kennlinie sehr genau eingestellt werden. Dies ist ein iterativer und aufwendiger Vorgang.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kraftaufnehmer bereitzustellen, bei dem eine einseitige Verformung seines Verformungskörpers vermieden werden kann und der dadurch auch ohne aufwendige Maßnahmen wie die vorstehend beschriebenen hochlinear arbeitet und sehr genaue Messergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird mit dem Kraftaufnehmer nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Kraftaufnehmers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Nach Anspruch 1 umfasst ein Kraftaufnehmer zur Messung von Druck- und/oder Zugkräften einen stabförmigen Verformungskörper, der zumindest eine vordere Seite, eine hintere Seite, eine linke Seite, eine rechte Seite, eine obere Stirnseite und eine untere Stirnseite aufweist, und zumindest vier Dehnungsaufnehmer, die an dem Verformungskörper angebracht und zur Messung einer Längsdehnung und einer Querdehnung des Verformungskörpers eingerichtet sind. An der vorderen Seite ist eine vordere längliche Ausnehmung im Bereich eines Schnittpunkts zwischen einer zentralen Längsachse und einer zentralen Querachse des Ver- formungskörpers vorgesehen. Der vorderen länglichen Ausnehmung gegenüberliegend ist an der hinteren Seite eine hintere längliche Ausnehmung vorgesehen. An der linken Seite sind zumindest eine linke obere Einkerbung oberhalb der zentralen Querachse und eine linke untere Einkerbung unterhalb der zentralen Querachse vorgesehen. Diesen Einkerbungen an der linken Seite jeweils gege- nüberliegend sind an der rechten Seite zumindest eine rechte obere Einkerbung und eine rechte untere Einkerbung vorgesehen. Ein Materialquerschnitt des Verformungskörpers in einer orthogonal zu der zentralen Längsachse verlaufenden und die zentrale Querachse umfassenden Mittelebene weist einen Materialquerschnittsflächeninhalt auf. Ein linker erster Teilbereich des Materialquerschnitts erstreckt sich von einer linken ersten Geraden, die durch einen Rand der vorderen länglichen Ausnehmung zu der linken Seite hin und einen Rand der hinteren länglichen Ausnehmung zu der linken Seite hin verläuft, bis zu einem Rand des Materialquerschnitts zu der linken Seite hin. Der erste Teilbereich weist einen ersten Teilbereichsflächeninhalt auf. Ein rechter zweiter Teilbereich des Material- querschnitts erstreckt sich von einer rechten zweiten Geraden, die durch einen Rand der vorderen länglichen Ausnehmung zu der rechten Seite hin und einen Rand der hinteren länglichen Ausnehmung zu der rechten Seite hin verläuft, bis zu einem Rand des Materialquerschnitts zu der rechten Seite hin. Der zweite Teilbereich weist einen zweiten Teilbereichsflächeninhalt auf. Ein Verhältnis zwi- sehen dem Materialquerschnittsflächeninhalt und einer Summe aus dem ersten Teilbereichsflächeninhalt und dem zweiten Teilbereichsflächeninhalt ist nicht kleiner als 1 ,56 und nicht größer als 2,15. Die spezielle Ausgestaltung des Verformungskörpers mit den länglichen Ausnehmungen an seiner vorderen und hinteren Seite, den Einkerbungen an seiner linken und rechten Seite sowie dem besonderen Flächenverhältnis bei seinem Materialquerschnitt führt dazu, dass sich der Verformungskörper bei Einwirkung einer zu messenden Druckkraft zu der linken Seite hin und zu der rechten Seite hin symmetrisch ausdehnt. Bei Einwirkung einer zu messenden Zugkraft zieht er sich entsprechend von der linken Seite her und von der rechten Seite her symmetrisch zusammen. Dies gilt jeweils auch bei einer nicht ganz koaxial einwirkenden Kraft und/oder dem Einfluss von zusätzlichen Querkräften.
Die symmetrische Verformung wird dadurch erreicht, dass zwischen den länglichen Ausnehmungen und den Einkerbungen, die in einer ganz bestimmten Art und Weise angeordnet sind, jeweils nur ein dünner Steg verbleibt. Dadurch wird eine Art von„Gelenkwirkung" erzielt. Diese führt im Zusammenspiel mit dem spe- ziehen Flächenverhältnis bei dem Materialquerschnitt zu der besonders symmetrischen Verformung.
Somit weist der stabförmige Kraftaufnehmer ein besseres Verformungsverhalten auf als bekannte stabförmige Kraftaufnehmer. Er weist dadurch eine hohe Lineari- tät und Messgenauigkeit auf, die bei normalen Anforderungen an die Messgenauigkeit völlig ausreichend sind. Dies trifft unabhängig von der Nennlast des Kraftaufnehmers immer zu, wenn die vorstehend beschriebenen Merkmale vorhanden sind. Nach Anspruch 2 ist ein Winkel zwischen der zentralen Querachse und einer kürzesten Verbindungslinie zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung und der linken oberen Einkerbung nicht kleiner als 17° und nicht größer als 29°.
Wenn der Winkel zwischen der zentralen Querachse und der kürzesten Verbin- dungslinie nicht kleiner als 17° und nicht größer als 29° ist, tritt die beschriebene „Gelenkwirkung" besonders deutlich auf. Dies gilt unabhängig von einer Nennlast des Kraftaufnehmers. Somit ist der Kraftaufnehmer nach seiner Herstellung auch ohne einen mechanischen Abgleich durch Materialabtrag und/oder elektrischen Abgleich zur Kompensation fertigungsbedingter Toleranzen bei dem Verformungskörper oder den Dehnungsaufnehmern, insbesondere ohne einen Rotationsabgleich, unempfindlich gegen Störkrafteinflüsse. Dadurch kann auf eine aufwendige Abgleichmaßnahme verzichtet werden und der Kraftaufnehmer lässt sich leichter abgleichen.
Nach Anspruch 3 sind die länglichen Ausnehmungen jeweils im Wesentlichen ellipsenförmig ausgebildet.
Bei einer ellipsenförmigen oder annähernd ellipsenförmigen Gestaltung der länglichen Ausnehmungen sind sie durchgängig konvex ausgebildet. Wenn die Einkerbungen ebenfalls durchgängig konvex ausgebildet sind, ist dann jeweils genau eine dünnste Stelle zwischen Ausnehmung und Einkerbung vorhanden. Dies be- günstigt die symmetrische Verformung des Verformungskörpers sowohl bei Einwirkung einer zu messenden Druckkraft als auch bei Einwirkung einer zu messenden Zugkraft. Zudem lassen sich die im Wesentlichen ellipsenförmigen länglichen Ausnehmungen gut mit einem rotationssymmetrischen Werkzeug herstellen. Nach Anspruch 4 sind die Einkerbungen jeweils im Wesentlichen teilkreisförmig ausgebildet.
Bei einer teilkreisförmigen oder annähernd teilkreisförmigen Gestaltung der Einkerbungen sind sie durchgängig konvex ausgebildet. Wenn die länglichen Aus- nehmungen ebenfalls durchgängig konvex ausgebildet sind, ist dann jeweils genau eine dünnste Stelle zwischen Ausnehmung und Einkerbung vorhanden. Dies begünstigt wiederum die symmetrische Verformung des Verformungskörpers sowohl bei Einwirkung einer zu messenden Druckkraft als auch bei Einwirkung einer zu messenden Zugkraft. Zudem lassen sich auch die im Wesentlichen teilkreis- förmigen Einkerbungen gut mit einem rotationssymmetrischen Werkzeug herstellen. Nach Anspruch 5 sind die vordere längliche Ausnehmung und die hintere längliche Ausnehmung jeweils bezüglich des Schnittpunkts zentriert angeordnet. Zudem sind die linke obere Einkerbung und die linke untere Einkerbung sowie die rechte obere Einkerbung und die rechte untere Einkerbung jeweils bezüglich der zentralen Querachse symmetrisch angeordnet.
Die zentrierte Anordnung der länglichen Ausnehmungen und die symmetrische Anordnung der Einkerbungen führen dazu, dass sich Kraftlinien einer zu messenden Druckkraft oder Zugkraft gleichmäßig in dem Verformungskörper verteilen. Dadurch verformt sich auch der Verformungskörper gleichmäßig.
Nach Anspruch 6 sind in der vorderen länglichen Ausnehmung zumindest vier vordere Ausnehmungen vorgesehen und diesen jeweils gegenüberliegend in der hinteren länglichen Ausnehmung zumindest vier hintere Ausnehmungen vorgese- hen, wobei es sich jeweils um durchgehende oder nicht durchgehende Ausnehmungen handeln kann.
Durch die vorderen und hinteren Ausnehmungen wird die symmetrische Verformung des Verformungskörpers in der gewünschten Art und Weise unterstützt.
Nach Anspruch 7 liegt bei einer Kraftmessung das Verhältnis zwischen der Querdehnung und der Längsdehnung zwischen 55 % und 72 %.
Mit diesem Verhältnis zwischen der Querdehnung und der Längsdehnung, das deutlich von dem üblichen Verhältnis zwischen der Querdehnung und der Längsdehnung von ca. 30 % für aus Metall bestehende Kraftaufnehmer wie beispielsweise den in der EP 0 800 064 B1 beschriebenen Kraftaufnehmer abweicht, werden bei der speziellen Ausgestaltung des Verformungskörpers die besten Messergebnisse erzielt.
Nach Anspruch 8 sind in der vorderen länglichen Ausnehmung zumindest drei vordere Dehnungsaufnehmer angeordnet und in der hinteren länglichen Ausnehmung zumindest drei hintere Dehnungsaufnehmer angeordnet. Einer der vorde- ren Dehnungsaufnehmer und einer der hinteren Dehnungsaufnehmer ist bezüglich des Schnittpunkts zentriert angeordnet und zur Messung der Längsdehnung eingerichtet. Zwei der vorderen Dehnungsaufnehmer und zwei der hinteren Dehnungsaufnehmer sind bezüglich der zentralen Querachse symmetrisch oberhalb und unterhalb derselben angeordnet und zur Messung der Querdehnung eingerichtet.
Durch die Zentrierung der Dehnungsaufnehmer für die Messung der Längsdehnung bezüglich des Schnittpunkts sind diese jeweils an der Stelle angeordnet, wo sie die besten Messergebnisse liefern. Die symmetrische Anordnung von jeweils zwei vorderen und hinteren Dehnungsaufnehmern für die Querdehnung ermöglicht es, durch die außermittige Anordnung dieser Dehnungsaufnehmer bedingte Abweichungen ihrer Messergebnisse zu kompensieren. Nach Anspruch 9 ist der Verformungskörper bezüglich einer durch die zentrale Längsachse und die zentrale Querachse gebildeten ersten Ebene symmetrisch ausgebildet. Zudem ist der Verformungskörper zumindest in einem Bereich, in dem sich die vordere längliche Ausnehmung, die hintere längliche Ausnehmung und die Einkerbungen befinden, auch bezüglich einer orthogonal zu der zentralen Querachse verlaufenden und die zentrale Längsachse umfassenden zweiten E- bene symmetrisch ausgebildet und bezüglich der Mittelebene symmetrisch ausgebildet.
Die zum ganz überwiegenden Teil symmetrische Ausgestaltung des Verfor- mungskörpers begünstigt seine symmetrische Verformung.
Nach Anspruch 10 besteht der Verformungskörper aus Stahl, Titan, Aluminium oder Berylliumkupfer. Die genannten Metalle weisen Materialeigenschaften und insbesondere Querkon- traktionszahlen auf, die das gewünschte Verformungsverhalten des Verformungskörpers ermöglichen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a, 1 b und 1c einen Kraftaufnehmer 101 gemäß einem ersten Ausführungs- beispiel;
Fig. 2a, 2b und 2c einen Kraftaufnehmer 201 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3a, 3b und 3c einen Kraftaufnehmer 301 gemäß einem dritten Ausführui beispiel;
Fig. 4a, 4b und 4c einen Kraftaufnehmer 401 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5a, 5b und 5c einen Kraftaufnehmer 501 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Fig. 1a zeigt eine Vorderansicht des Kraftaufnehmers 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 b einen Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 101 und Fig. 1c eine perspektivische Ansicht des Kraftaufnehmers 101.
Der Kraftaufnehmer 101 umfasst einen stabförmigen Verformungskörper 102 aus einem Material wie beispielsweise Stahl, Titan, Aluminium oder Berylliumkupfer. Er kann aus einem Stab mit einem kreisförmigen, quadratischen oder anderen Querschnitt herausgearbeitet sein, z. B. aus einem Stück Rundstahl oder Rechteckstahl. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass der Verformungskörper auf einem zylindrischen Stab basiert und selber eine zylindrische Grundform hat wie in den Zeichnungen dargestellt. Es sind jedoch auch andere Varianten möglich, bei denen der Verformungskörper 102 dann auch mehr Seiten als die im Folgenden beschriebenen Seiten aufweisen kann. Der Verformungskörper 102 weist eine zentrale Längsachse L auf, die in der in Fig. 1 a gezeigten Vorderansicht vertikal verläuft. Er weist auch eine erste zentrale Querachse Q1 auf, die orthogonal zu der zentralen Längsachse L angeordnet ist und in der in Fig. 1 a gezeigten Vorderansicht horizontal verläuft. Eine zweite zent- rale Querachse Q2 des Verformungskörpers 102, die orthogonal zu der zentralen Längsachse L und der ersten zentralen Querachse Q1 angeordnet ist, würde in der in Fig. 1 a gezeigten Vorderansicht in die Bildebene hinein verlaufen und ist in Fig. 1 b gezeigt. Die zentrale Längsachse L sowie die beiden zentralen Querachsen Q1 und Q2 verlaufen alle durch einen gemeinsamen Schnittpunkt S und je- weils orthogonal zueinander. Sie bilden drei Ebenen, die ebenfalls jeweils orthogonal zueinander verlaufen. Der Kraftaufnehmer 101 und sein Verformungskörper 102 sind größtenteils bezüglich jeder der drei durch die zentrale Längsachse L sowie die beiden zentralen Querachsen Q1 und Q2 gebildeten bzw. aufgespannten Ebenen symmetrisch, was im Folgenden näher erläutert ist.
Der Verformungskörper 102 weist eine vordere Seite 103 auf, die in der in Fig. 1 a gezeigten Vorderansicht frontal dargestellt ist. Er weist auch eine in den Zeichnungen nicht vollständig zu sehende hintere Seite 104 auf, die in Fig. 1 b zumindest im Querschnitt dargestellt ist. Sie ist zu der in Fig. 1 a abgebildeten vorderen Seite 103 symmetrisch und sieht in einer frontalen Darstellung wie diese aus. Mit anderen Worten könnte in Fig. 1 a auch die hintere Seite 104 in einer frontalen Darstellung gezeigt sein, wenn sie mit anderen Bezugszeichen versehen wäre. Der Verformungskörper 102 weist weiterhin eine in Fig. 1 a links befindliche linke Seite 105, eine in Fig. 1 a rechts befindliche rechte Seite 106, eine in Fig. 1 a oben befindliche obere Stirnseite 107 und eine in Fig. 1 a unten befindliche untere Stirnseite 108 auf.
Die obere Stirnseite 107 und die untere Stirnseite 108 bilden jeweils eine Krafteinleitungsfläche, über die eine zu messende Kraft F bzw. eine entsprechende Ge- genkraft eingeleitet werden können. Die obere Stirnseite 107 und die untere Stirnseite 108 sind vorzugsweise sphärisch und bezüglich der zentralen Längsachse L zentriert ausgebildet. Die obere Stirnseite 107 oder die untere Stirnseite 108 kann aber beispielsweise auch eben ausgebildet sein. Es können auch sowohl die obere Stirnseite 107 als auch die untere Stirnseite 108 eben ausgebildet sein.
Wie es in Fig. 1b angedeutet und in Fig. 1c gut zu erkennen ist, wurde bei der Herausarbeitung des Verformungskörpers 102 aus dem zylindrischen Stab, auf dem er basiert, in seinem in Längsrichtung mittleren Bereich vorne und hinten Material abgetragen, so dass die vordere Seite 103 und die hintere Seite 104 in diesem mittleren Bereich jeweils abgeflacht bzw. eben ausgebildet sind. Am oberen und unteren Ende des Verformungskörpers 102 wurde jeweils die zylindrische Grundform beibehalten, jedoch der Durchmesser in mehreren Stufen verändert, worauf nachstehend noch näher eingegangen ist.
Wie besonders in Fig. 1a und Fig. 1c gut zu sehen ist, weist der Verformungskörper 102 an seiner vorderen Seite 103 eine vordere längliche Ausnehmung 109 auf, die sich in der Richtung der durch die obere Stirnseite 107 und die untere Stirnseite 108 verlaufenden zentralen Längsachse L des Verformungskörpers 102 in dem abgeflachten Bereich der vorderen Seite 103 erstreckt. Sie weist an ihrem oberen Ende und ihrem unteren Ende noch einen deutlichen Abstand zu dem Rand des abgeflachten Bereichs der vorderen Seite 103 auf, während sie an ih- rem linken Ende und ihrem rechten Ende erst kurz vor diesem Rand endet. Anders ausgedrückt verläuft die Hauptachse der vorderen länglichen Ausnehmung 109 in der Richtung der zentralen Längsachse L und ihre Nebenachse in der Richtung der ersten zentralen Querachse Q1 , wobei ihre Hauptscheitel ihr oberes und unteres Ende bilden sowie ihre Nebenscheitel ihr linkes und rechtes Ende bilden.
An seiner hinteren Seite 104 weist der Verformungskörper 102 eine hintere längliche Ausnehmung 110 auf, die in den Zeichnungen nicht vollständig zu sehen ist, aber in Fig. 1 b zumindest im Querschnitt dargestellt ist. Sie liegt der vorderen länglichen Ausnehmung 109 gegenüber, weist die gleiche Form wie diese auf und befindet sich in dem abgeflachten Bereich der hinteren Seite 104. Mit anderen Worten könnte in Fig. 1a und Fig. 1c auch die hintere längliche Ausnehmung 110 gezeigt sein, wenn sie mit anderen Bezugszeichen versehen wären. Die beiden länglichen Ausnehmungen 109 und 110 befinden sich jeweils in der Mitte des Verformungskörpers 102, das heißt im Bereich des Schnittpunkts S zwischen der zentralen Längsachse L, der von der linken Seite 105 zu der rechten Seite 106 verlaufenden ersten zentralen Querachse Q1 und der von der vorderen Seite 103 zu der hinteren Seite 104 verlaufenden zweiten zentralen Querachse Q2. Genauer gesagt sind die beiden länglichen Ausnehmungen 109 und 110 jeweils bezüglich des Schnittpunkts S zentriert angeordnet. Jede der länglichen Ausnehmungen 109 und 110 ist vorzugsweise ellipsenförmig ausgebildet. Es sind jedoch auch andere längliche Formen wie beispielsweise eine Langlochform oder die nachstehend im Zusammenhang mit dem fünften Ausführungsbeispiel beschriebene Form möglich.
Wie in Fig. 1 b gut zu erkennen ist, verbleibt zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und der hinteren länglichen Ausnehmung 110 ein mittlerer Steg 111 , auf dem wie nachstehend näher erläutert Dehnungsaufnehmer appliziert sind. Eine Grundfläche an dem unteren Ende der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und eine Grundfläche an dem unteren Ende der hinteren länglichen Ausnehmung 110, die jeweils eine Seite des mittleren Stegs 111 bilden, sind vor- zugsweise planparallel.
Eine Tiefe der länglichen Ausnehmungen 109 und 110 und damit eine Dicke d des zwischen ihnen verbleibenden mittleren Stegs 111 sind im Hinblick darauf gewählt, für welche Nennlast der Kraftaufnehmer 101 ausgelegt ist. Das erste Ausführungsbeispiel geht von einer relativ niedrigen Nennlast wie beispielsweise 7500 kg aus, so dass die Dicke d des mittleren Stegs 111 in diesem Fall vergleichsweise gering ist. Bei höheren Nennlasten ist die Dicke d entsprechend größer, um die dann höheren Anforderungen an die Stabilität des Verformungskörpers 102 zu erfüllen.
In dem in Fig. 1b gezeigten Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 101 ist ein Materialquerschnitt A des Verformungskörpers 102 schraffiert dargestellt. Der Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 101 und damit auch der Materialquerschnitt A des Verformungskörpers 102 erstrecken sich in einer orthogonal zu der zentralen Längsachse L verlaufenden und die erste zentrale Querachse Q1 umfassenden Mittelebene des Verformungskörpers 102 bzw. des Kraftaufnehmers 101. Ein Flächeninhalt des Materialquerschnitts A ist nachfolgend als Materialquerschnittsflä- cheninhalt bezeichnet.
Eine links befindliche bzw. linke erste Gerade G1 , die in Fig. 1 b durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist, verläuft in einem in Fig. 1 b links befindlichen Bereich des Schnitts K-K durch einen linken Rand der vorderen länglichen Ausneh- mung 109 und einen linken Rand der hinteren länglichen Ausnehmung 110 bzw. stellt eine Verlängerung dieser Ränder dar. Bei dem linken Rand der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und dem linken Rand der hinteren länglichen Ausnehmung 110 handelt es sich jeweils um den Rand der länglichen Ausnehmung zu der linken Seite 105 des Verformungskörpers 102 hin.
Eine rechts befindliche bzw. rechte zweite Gerade G2, die in Fig. 1 b ebenfalls durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist, verläuft in einem in Fig. 1 b rechts befindlichen Bereich des Schnitts K-K durch einen rechten Rand der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und einen rechten Rand der hinteren länglichen Aus- nehmung 110 bzw. stellt eine Verlängerung dieser Ränder dar. Bei dem rechten Rand der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und dem rechten Rand der hinteren länglichen Ausnehmung 110 handelt es sich jeweils um den Rand der länglichen Ausnehmung zu der rechten Seite 106 des Verformungskörpers 102 hin. Ein links befindlicher bzw. linker erster Teilbereich B1 des Materialquerschnitts A ist derjenige Teilbereich des Materialquerschnitts A, der sich in Fig. 1 b links neben der linken ersten Geraden G1 befindet und sich bis zu einem linken Rand des Verformungskörpers 102 bzw. des Materialquerschnitts A erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich der linke erste Teilbereich B1 von der linken ersten Geraden G1 bis zu dem Rand des Materialquerschnitts A zu der linken Seite 105 des Verformungskörpers 102 hin. Ein Flächeninhalt des linken ersten Teilbereichs B1 ist nachfolgend als erster Teilbereichsflächeninhalt bezeichnet. Ein rechts befindlicher bzw. rechter zweiter Teilbereich B2 des Materialquerschnitts A ist derjenige Bereich des Materialquerschnitts A, der sich in Fig. 1 b rechts neben der rechten zweiten Geraden G2 befindet und sich bis zu einem rechten Rand des Verformungskörpers 102 bzw. des Materialquerschnitts A er- streckt. Mit anderen Worten erstreckt sich der rechte zweite Teilbereich B2 von der rechten zweiten Geraden G2 bis zu dem Rand des Materialquerschnitts A zu der rechten Seite 106 des Verformungskörpers 102 hin. Ein Flächeninhalt des rechten zweiten Teilbereichs B2 ist nachfolgend als zweiter Teilbereichsflächen- inhalt bezeichnet.
Der Materialquerschnitt A und seine beiden Teilbereiche B1 und B2 stehen in einem speziellen Größenverhältnis zueinander. Genauer gesagt beträgt ein Verhältnis zwischen dem Materialquerschnittsflächeninhalt und einer Summe aus dem ersten Teilbereichsflächeninhalt und dem zweiten Teilbereichsflächeninhalt zwischen 1 ,56 und 2,15, d. h. ist nicht kleiner als 1 ,56 und nicht größer als 2,15.
Wie in Fig. 1a und Fig. 1c gut zu sehen ist, weist der Verformungskörper 102 an seiner linken Seite 105 eine linke obere Nut bzw. Einkerbung 112, die sich oberhalb der ersten zentralen Querachse Q1 befindet, und eine linke untere Nut bzw. Einkerbung 113, die sich unterhalb der ersten zentralen Querachse Q1 befindet, auf. Weiterhin sind an der rechten Seite 106 des Verformungskörpers 102 eine rechte obere Nut bzw. Einkerbung 114, die sich oberhalb der ersten zentralen Querachse Q1 befindet und der linken oberen Einkerbung 112 gegenüberliegt, und eine rechte untere Nut bzw. Einkerbung 115, die sich unterhalb der ersten zentralen Querachse Q1 befindet und der linken unteren Einkerbung 113 gegenüberliegt, vorgesehen. Es sind auch Varianten mit mehr als zwei Einkerbungen pro Seite vorstellbar.
Die linken Einkerbungen 112 und 113 weisen beide den gleichen Abstand zu der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene auf, d. h. sie sind bezüglich der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. dieser Ebene symmetrisch angeordnet. Das Gleiche gilt auch für die rechten Einkerbungen 114 und 115. Jede der Einkerbungen 112, 113, 114 und 1 15 ist vorzugsweise teilkreisförmig ausgebildet, kann jedoch auch eine andere Form wie beispielsweise die eines Ellipsenabschnitts aufweisen. Bei dem Kraftaufnehmer 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich jede der Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 bis in den abgeflachten Bereich der vor- deren Seite 103 und den abgeflachten Bereich der hinteren Seite 104 hinein.
Zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und den Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 verbleibt ebenso wie zwischen der hinteren länglichen Ausnehmung 1 10 und den Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 jeweils ein Steg, der an seiner dünnsten Stelle eine Breite b aufweist. Dies ist in Fig. 1 a beispielhaft für die vordere längliche Ausnehmung 109, die linke obere Einkerbung 1 12 und den Steg 1 16 zwischen ihnen dargestellt, gilt jedoch aufgrund der weitgehend symmetrischen Ausgestaltung des Verformungskörpers 102 entsprechend auch für die anderen Einkerbungen 113, 1 14 und 1 15 sowie die hintere längliche Ausneh- mung 110. Mit anderen Worten ist zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und jeder der Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 sowie zwischen der hinteren länglichen Ausnehmung 1 10 und jeder der Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 jeweils ein Steg, der an seiner dünnsten Stelle eine Breite b aufweist, vorhanden.
Wenn die vordere längliche Ausnehmung 109 und die hintere längliche Ausnehmung 1 10 strikt konvex bzw. durchgängig konvex ausgebildet sind, d. h. beispielsweise wie vorstehend beschrieben ellipsenförmig sind, sowie die Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 ebenfalls strikt konvex bzw. durchgängig konvex ausgebildet sind, d. h. beispielsweise wie vorstehend beschrieben teilkreisförmig sind, ist jeweils zwischen einer der länglichen Ausnehmungen 109 und 1 10 sowie einer der Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15 genau eine dünnste Stelle vorhanden, an welcher der jeweilige Steg die Breite b aufweist. Somit gibt es jeweils genau eine kürzeste Verbindungslinie mit einer Länge I, die gleich der Breite b des Stegs ist, zwischen länglicher Ausnehmung und Einkerbung. Beispielsweise existiert wie in Fig. 1 a gezeigt eine kürzeste Verbindungslinie V mit der Länge I zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und der linken oberen Einkerbung 1 12. Ein Winkel α zwischen der ersten zentralen Querachse Q1 und der kürzesten Verbindungslinie V mit der Länge I zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 109 und der linken oberen Einkerbung 1 12 bzw. einer Verlängerung dieser kürzesten Verbindungslinie V wie in Fig. 1 a dargestellt beträgt zwischen 17° und 29°, d. h. ist nicht kleiner als 17° und nicht größer als 29°. Dies gilt aufgrund der weitgehend symmetrischen Ausgestaltung des Verformungskörpers 102 entsprechend auch für die hintere längliche Ausnehmung 1 10 sowie die anderen Einkerbungen 1 13, 1 14 und 1 15.
An der vorderen Seite 103 des Verformungskörpers 102 sind wie in Fig. 1 a und Fig. 1 c dargestellt ein vorderer mittlerer Dehnungsaufnehmer 1 17, ein vorderer oberer Dehnungsaufnehmer 1 18 und ein vorderer unterer Dehnungsaufnehmer 1 19 angebracht, die auf einem gemeinsamen Träger oder getrennten Trägern realisiert sein können. In Fig. 1 a und Fig. 1 c ist die Variante mit einem vorderen gemeinsamen Träger 120 gezeigt. Ein gemeinsamer Träger bringt die in der EP 0 800 064 B1 beschriebenen Vorteile wie beispielsweise niedrigere Herstellungskosten, einen geringeren Verschaltungsaufwand und eine vereinfachte Anbringung mit sich.
Der vordere gemeinsame Träger 120 bzw. die vorderen Dehnungsaufnehmer 1 17, 1 18 und 1 19 sind in der vorderen länglichen Ausnehmung 109 angeordnet. Der vordere mittlere Dehnungsaufnehmer 1 17 ist zur Messung einer in Richtung der zentralen Längsachse L auftretenden Längsdehnung des Verformungskörpers 102 eingerichtet und bezüglich des Schnittpunkts S zentriert angeordnet. Der vordere obere Dehnungsaufnehmer 1 18 und der vordere untere Dehnungsaufnehmer 1 19 sind hingegen zur Messung einer in Richtung der ersten zentralen Querachse Q1 auftretenden Querdehnung des Verformungskörpers 102 eingerichtet, bezüglich der zentralen Längsachse L zentriert positioniert und bezüglich der ers- ten zentralen Querachse Q1 bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene symmetrisch, d. h. mit gleichem Abstand zu ihnen, oberhalb und unterhalb der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. dieser Ebene angeordnet. An der hinteren Seite 104 des Verformungskörpers 102 sind ein hinterer mittlerer Dehnungsaufnehmer 121 , ein hinterer oberer Dehnungsaufnehmer 122 und ein hinterer unterer Dehnungsaufnehmer 123 angebracht, die in Fig. 1a und Fig. 1c nicht und in Fig. 1 b nur teilweise zu sehen sind. Sie entsprechen den vorderen Dehnungsaufnehmern 117, 118 und 119 und liegen diesen jeweils gegenüber. Sie können ebenso auf einem gemeinsamen Träger oder getrennten Trägern realisiert sein, wobei hier von einem in Fig. 1a und Fig. 1c nicht und in Fig. 1 b im Querschnitt zu sehenden hinteren gemeinsamen Träger 124 ausgegangen wird. In Fig. 1a und Fig. 1c könnten dementsprechend auch die drei hinteren Dehnungsaufnehmer 121 , 122 und 123 sowie deren hinterer gemeinsamer Träger 124 gezeigt sein, wenn sie mit anderen Bezugszeichen versehen wären.
Somit sind der hintere gemeinsame Träger 124 bzw. die hinteren Dehnungsauf- nehmer 121 , 122 und 123 in der hinteren länglichen Ausnehmung 110 und jeweils gegenüber dem vorderen gemeinsamen Träger 120 bzw. den vorderen Dehnungsaufnehmern 117, 118 und 119 angeordnet. Der hintere mittlere Dehnungsaufnehmer 121 ist ebenso wie der vordere mittlere Dehnungsaufnehmer 117 zur Messung der in Richtung der zentralen Längsachse L auftretenden Längsdeh- nung des Verformungskörpers 102 eingerichtet und bezüglich des Schnittpunkts S zentriert angeordnet. Der hintere obere Dehnungsaufnehmer 122 und der hintere untere Dehnungsaufnehmer 123 sind hingegen ebenso wie die vorderen Dehnungsaufnehmer 118 und 119 zur Messung der in Richtung der ersten zentralen Querachse Q1 auftretenden Querdehnung des Verformungskörpers 102 einge- richtet, bezüglich der zentralen Längsachse L zentriert positioniert und bezüglich der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene symmetrisch, d. h. mit gleichem Abstand zu ihnen, oberhalb und unterhalb der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. dieser E- bene angeordnet.
Bei den Dehnungsaufnehmern 117, 118, 119, 121 , 122 und 123 kann es sich beispielsweise um elektrische oder optische Dehnungsaufnehmer handeln. So können z. B. die vorderen Dehnungsaufnehmer 117, 118 und 119 als drei Messgitter auf einer Folie eines Folien-Dehnungsmessstreifens sowie die hinteren Dehnungsaufnehmer 121 , 122 und 123 als drei Messgitter auf einer Folie eines weiteren Folien-Dehnungsmessstreifens realisiert sein oder auch alle Dehnungsaufnehmer als Bragg-Gitter von optischen Dehnungsmessstreifen realisiert sein.
Es kann auch eine andere Anzahl von Dehnungsaufnehmern vorgesehen sein. So können beispielsweise sowohl an der vorderen Seite 103 als auch an der hinteren Seite 104 jeweils nur ein Dehnungsaufnehmer zur Messung der Längsdehnung und ein Dehnungsaufnehmer zur Messung der Querdehnung angebracht sein, wie es in der EP 0 800 064 B1 beschrieben ist. Die Dehnungsaufnehmer können in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung miteinander verschaltet sein. Zudem können bestimmte elektronische Bauelemente zur Weiterverarbeitung der von den Dehnungsaufnehmern gelieferten Signale wie beispielsweise Verstärker, A/D-Wandler etc. vorgesehen sein, wobei diese auch als Teile einer integrierten Schaltung realisiert sein können.
Wenn der Kraftaufnehmer 101 zum Messen der eingeleiteten Kraft F verwendet wird, d. h. bei einer Kraftmessung, liegt das Verhältnis zwischen der von den Dehnungsaufnehmern 1 17, 1 18, 1 19, 121 , 122 und 123 gemessenen Querdeh- nung und Längsdehnung des Verformungskörpers 102 zwischen 55 % und 72 %.
Wie in Fig. 1 a und Fig. 1 c zu sehen ist, sind in der vorderen länglichen Ausnehmung 109 vier vordere Ausnehmungen 125', 125", 125'" und 125"" vorgesehen, die im Folgenden zusammen als vordere Ausnehmungen 125 bezeichnet sind. Die erste vordere Ausnehmung 125' und die zweite vordere Ausnehmung 125" sind oberhalb der vorderen Dehnungsaufnehmer 1 17, 1 18 und 1 19 bzw. oberhalb von dem vorderen gemeinsamen Träger 120 angeordnet und weisen beide den gleichen Abstand zu der zentralen Längsachse L bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene auf, d. h. sie sind bezüglich der zent- ralen Längsachse L bzw. dieser Ebene symmetrisch angeordnet. Die dritte vordere Ausnehmung 125"' und die vierte vordere Ausnehmung 125"" sind unterhalb der vorderen Dehnungsaufnehmer 1 17, 1 18 und 1 19 bzw. unterhalb von dem vorderen gemeinsamen Träger 120 angeordnet und weisen beide den gleichen Abstand zu der zentralen Längsachse L bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene auf, d. h. sie sind bezüglich der zentralen Längsachse L bzw. dieser Ebene symmetrisch angeordnet. Die erste vordere Ausnehmung 125' und die zweite vordere Ausnehmung 125" auf der einen Seite sowie die dritte vordere Ausnehmung 125"' und die vierte vordere Ausnehmung 125"" auf der anderen Seite weisen zudem jeweils den gleichen Abstand zu der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. der durch sie und die zweite zentrale Querachse Q2 gebildeten Ebene auf, d. h. sie sind bezüglich der ersten zentralen Querachse Q1 bzw. dieser Ebene symmetrisch angeordnet.
In der hinteren länglichen Ausnehmung 1 10 sind vier hintere Ausnehmungen 126', 126", 126'" und 126"" vorgesehen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt und im Folgenden zusammen als hintere Ausnehmungen 126 bezeichnet sind. Diese liegen den vier vorderen Ausnehmungen 125 jeweils gegenüber und weisen die gleiche Form wie sie auf. Mit anderen Worten könnten in Fig. 1 a und Fig. 1 c auch die vier hinteren Ausnehmungen 126 gezeigt sein, wenn sie mit anderen Bezugszeichen versehen wären. Die vier vorderen Ausnehmungen 125 können jeweils durchgehende Ausnehmungen sein, wobei sie in diesem Fall mit den vier hinteren Ausnehmungen 126 zusammenfallen bzw. identisch sind. Die vier vorderen Ausnehmungen 125 und die vier hinteren Ausnehmungen 126 können auch jeweils nicht durchgehende Ausnehmungen sein, wobei in diesem Fall jeweils Material zwischen Grundflä- chen an den unteren Enden der sich gegenüberliegenden Ausnehmungen verbleibt. Dies ist bei dem Kraftaufnehmer 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall.
Die vier vorderen Ausnehmungen 125 und die vier hinteren Ausnehmungen 126 können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen wie in Fig. 1 a und Fig. 1 c gezeigt, können aber beispielsweise auch einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen, als Langlöcher ausgebildet sein oder andere Formen aufweisen. Zudem können auch jeweils mehr oder weniger als vier Ausnehmungen vorgesehen sein und die Ausnehmungen anders positioniert sein als in Fig. 1 a und Fig. 1 c dargestellt.
An dem oberen und unteren Ende des Verformungskörpers 102 befindet sich je- weils an einem Übergang von dem abgeflachten Bereich der vorderen Seite 103 bzw. der hinteren Seite 104 zu dem Bereich, in dem die zylindrische Grundform beibehalten wurde, zunächst ein umlaufender schmaler oberer Vorsprung 127 bzw. ein umlaufender schmaler unterer Vorsprung 128, dessen Durchmesser geringfügig größer ist als sowohl ein Abstand von der linken Seite 105 bis zu der rechten Seite 106 als auch ein Durchmesser des Verformungskörpers 102 unmittelbar jenseits der Vorsprünge 127 und 128, der vorzugsweise so groß wie dieser Abstand ist. Es folgen ein oberer erster Abschnitt 129 bzw. ein unterer erster Abschnitt 130 mit diesem Durchmesser und ein oberer zweiter Abschnitt 131 bzw. ein unterer zweiter Abschnitt 132 mit geringerem Durchmesser, wobei der obere zweite Abschnitt 131 an seinem oberen Ende durch die obere Stirnseite 107 bzw. die durch die obere Stirnseite 107 gebildete Krafteinleitungsfläche abgeschlossen ist und der untere zweite Abschnitt 132 an seinem unteren Ende durch die untere Stirnseite 108 bzw. die durch die untere Stirnseite 108 gebildete Krafteinleitungsfläche abgeschlossen ist.
An dem oberen zweiten Abschnitt 131 kann zur Verbindung mit einer Krafteinleitungsvorrichtung wie z. B. einer Wägeplattform einer Waage, über welche die zu messende Kraft F eingeleitet werden kann, wie in Fig. 1 a und Fig. 1 c gezeigt ein Gewinde 133 angebracht sein oder ein nicht dargestelltes anderes Befestigungs- mittel wie beispielsweise eine Querbohrung vorgesehen sein. An dem unteren zweiten Abschnitt 132 kann zur Verbindung mit einer Krafteinleitungsvorrichtung wie z. B. einer Grundplatte einer Waage, über welche die entsprechende Gegenkraft eingeleitet werden kann, wie in Fig. 1 a und Fig. 1 c gezeigt ein Gewinde 134 angebracht sein oder ein nicht dargestelltes anderes Befestigungsmittel wie bei- spielsweise eine Querbohrung vorgesehen sein.
In dem oberen ersten Abschnitt 129 kann ein durchgehendes Loch 135 vorgesehen sein, das horizontal beginnt, dann schräg nach unten abknickt und schließlich unterhalb des oberen Vorsprungs 127 in einem oberen Bereich der rechten oberen Einkerbung 114 endet. Es dient zur Hindurchführung eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Kabels, über das die Dehnungsaufnehmer 117, 118, 119, 121 , 122 und 123 oder ihnen nachgeschaltete elektronische Bauelemente ange- schlössen werden können. Auf diese Weise können die Dehnungsaufnehmer 117, 118, 119, 121 , 122 und 123 oder die elektronischen Bauelemente auch dann, wenn sie zum Schutz vor Staub, Feuchtigkeit oder anderen Umwelteinflüssen hermetisch eingekapselt sind, beispielsweise mit einer Auswertevorrichtung und/oder Anzeigevorrichtung verbunden werden. Die Einkapselung kann dabei z. B. durch eine rundum geschlossene Hülse, die sich entlang der zentralen
Längsachse L etwa genauso weit erstreckt wie der abgeflachten Bereich der vorderen Seite 103 bzw. der hinteren Seite 104, realisiert sein.
Fig. 2a zeigt eine Vorderansicht des Kraftaufnehmers 201 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 2b einen Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 201 und Fig. 2c eine perspektivische Ansicht des Kraftaufnehmers 201.
Die Elemente 202 bis 224 und 227 bis 235 entsprechen bis auf die im Folgenden beschriebenen Modifikationen den im Zusammenhang mit dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel beschriebenen Elementen 102 bis 124 und 127 bis 135, während bei dem Kraftaufnehmer 201 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel keine den vorderen Ausnehmungen 125 und den hinteren Ausnehmungen 126 entsprechenden Elemente vorgesehen sind. Die Modifikationen sind dadurch bedingt, dass bei dem zweiten Ausführungsbeispiel von einer erhöhten Nennlast wie bei- spielsweise 15000 kg ausgegangen wird.
Wie in Fig. 2a, 2b und 2c erkennbar sind die länglichen Ausnehmungen 209 und 210 etwas schmaler ausgestaltet als die länglichen Ausnehmungen 109 und 110, was in gleichem Maße für die abgeflachten Bereiche der vorderen Seite 203 und der hinteren Seite 204 gilt. Die Dicke d des mittleren Stegs 211 ist etwas größer als diejenige des mittleren Stegs 111. Die länglichen Ausnehmungen 209 und 210 weisen jeweils an ihrem oberen Ende und ihrem unteren Ende einen deutlichen Abstand zu dem Rand des abgeflachten Bereichs der vorderen Seite 203 bzw. der hinteren Seite 204 auf, gehen jedoch jeweils an ihrem linken Ende und ihrem rechten Ende fast ganz bis an diesen Rand heran.
Die Einkerbungen 212, 213, 214 und 215 sind etwas weniger tief ausgestaltet als die Einkerbungen 1 12, 1 13, 114 und 1 15 und erstrecken sich jeweils bis an den Rand des abgeflachten Bereichs der vorderen Seite 203 und den Rand des abgeflachten Bereichs der hinteren Seite 204.
Fig. 3a zeigt eine Vorderansicht des Kraftaufnehmers 301 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 3b einen Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 301 und Fig. 3c eine perspektivische Ansicht des Kraftaufnehmers 301 .
Die Elemente 302 bis 332 und 335 entsprechen bis auf die im Folgenden beschriebenen Modifikationen den im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungs- beispiel beschriebenen Elementen 102 bis 132 und 135, während bei dem Kraftaufnehmer 301 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel keine dem oberen Gewinde 133 und dem unteren Gewinde 134 entsprechenden Elemente vorgesehen sind. Die Modifikationen sind dadurch bedingt, dass bei dem dritten Ausführungsbeispiel von einer höheren Nennlast wie beispielsweise 20000 kg ausgegangen wird.
Wie in Fig. 3a, 3b und 3c erkennbar sind die länglichen Ausnehmungen 309 und 310 schmaler ausgestaltet als die länglichen Ausnehmungen 109 und 1 10, was in gleichem Maße für die abgeflachten Bereiche der vorderen Seite 303 und der hin- teren Seite 304 gilt. Die Dicke d des mittleren Stegs 31 1 ist größer als diejenige des mittleren Stegs 1 11 . Die länglichen Ausnehmungen 309 und 310 weisen jeweils an ihrem oberen Ende und ihrem unteren Ende einen deutlichen Abstand zu dem Rand des abgeflachten Bereichs der vorderen Seite 303 bzw. der hinteren Seite 304 auf, reichen jedoch jeweils an ihrem linken Ende und ihrem rechten En- de bis an diesen Rand heran.
Die Einkerbungen 312, 313, 314 und 315 sind tiefer und mit einem kleineren Radius ausgestaltet als die Einkerbungen 1 12, 1 13, 1 14 und 1 15, erstrecken sich aber auch bis in den abgeflachten Bereich der vorderen Seite 303 und den abgeflachten Bereich der hinteren Seite 304 hinein.
Die vier vorderen Ausnehmungen 325 sind jeweils durchgehende Ausnehmungen und fallen mit den vier hinteren Ausnehmungen 326 zusammen bzw. sind identisch mit diesen.
Fig. 4a zeigt eine Vorderansicht des Kraftaufnehmers 401 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 4b einen Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 401 und Fig. 4c eine perspektivische Ansicht des Kraftaufnehmers 401.
Die Elemente 402 bis 432 und 435 entsprechen bis auf die im Folgenden beschriebenen Modifikationen den im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Elementen 102 bis 132 und 135, während bei dem Kraft- aufnehmer 401 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel keine dem oberen Gewinde 133 und dem unteren Gewinde 134 entsprechenden Elemente vorgesehen sind. Die Modifikationen sind dadurch bedingt, dass bei dem vierten Ausführungsbeispiel von einer noch höheren Nennlast wie beispielsweise 30000 kg ausgegangen wird.
Wie in Fig. 4a, 4b und 4c erkennbar sind die länglichen Ausnehmungen 409 und 410 deutlich schmaler ausgestaltet als die länglichen Ausnehmungen 109 und 110, was in gleichem Maße für die abgeflachten Bereiche der vorderen Seite 403 und der hinteren Seite 404 gilt. Die Dicke d des mittleren Stegs 411 ist deutlich größer als diejenige des mittleren Stegs 111. Die länglichen Ausnehmungen 409 und 410 weisen jeweils an ihrem oberen Ende und ihrem unteren Ende einen deutlichen Abstand zu dem Rand des abgeflachten Bereichs der vorderen Seite 403 bzw. der hinteren Seite 404 auf, reichen jedoch jeweils an ihrem linken Ende und ihrem rechten Ende bis an diesen Rand heran.
Die Einkerbungen 412, 413, 414 und 415 sind tiefer und mit einem kleineren Radius ausgestaltet als die Einkerbungen 112, 113, 114 und 115. Sie erstrecken sich jeweils nicht ganz bis zu dem abgeflachten Bereich der vorderen Seite 403 und dem abgeflachten Bereich der hinteren Seite 404.
In der vorderen länglichen Ausnehmung 409 sind sechs vordere Ausnehmungen 425', 425", 425"', 425"", 425 und 425 vorgesehen, die im Folgenden zusammen als vordere Ausnehmungen 425 bezeichnet sind. Die vier vorderen Ausnehmungen 425', 425", 425"' und 425"" entsprechen den vier vorderen Ausnehmungen 125', 125", 125"' und 125"". Die fünfte vordere Ausnehmung 425 ist oberhalb der ersten vorderen Ausnehmung 425' und der zweiten vorderen Aus- nehmung 425" sowie bezüglich der zentralen Längsachse L zentriert angeordnet. Die sechste vordere Ausnehmung 425 ist unterhalb der dritten vorderen Ausnehmung 425"' und der vierten vorderen Ausnehmung 425"" sowie bezüglich der zentralen Längsachse L zentriert angeordnet. Die sechs vorderen Ausnehmungen 425 sind jeweils durchgehende Ausnehmungen und fallen mit den sechs hinteren Ausnehmungen 426 zusammen bzw. sind identisch mit diesen.
Fig. 5a zeigt eine Vorderansicht des Kraftaufnehmers 501 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 5b einen Schnitt K-K durch den Kraftaufnehmer 501 und Fig. 5c eine perspektivische Ansicht des Kraftaufnehmers 501 .
Der Kraftaufnehmer 501 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist dem Kraftaufnehmer 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sehr ähnlich. Die Elemente 502 bis 508 und 51 1 bis 535 entsprechen den im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Elementen 102 bis 108 und 1 1 1 bis 135. Lediglich die länglichen Ausnehmungen 509 und 510 sind anders ausgestaltet als die länglichen Ausnehmungen 109 und 1 10.
Wie in Fig. 5a und 5c erkennbar weiten sich die länglichen Ausnehmungen 509 und 510 an ihrem oberen Ende und an ihrem unteren Ende jeweils noch einmal auf. Dadurch verlaufen die Ränder der Einkerbungen 512, 513, 514 und 515 und die Ränder der länglichen Ausnehmungen 509 und 510 jeweils ein Stück weit parallel und es ist nicht eine dünnste Stelle, sondern ein dünnster Bereich mit der Breite b bei dem jeweiligen Steg zwischen Ausnehmung und Einkerbung vorhan- den. Somit gibt es nicht genau eine kürzeste Verbindungslinie mit einer Länge I, die gleich der Breite b des Stegs ist, zwischen länglicher Ausnehmung und Einkerbung. Daher ist hier für die Definition des Winkels α diejenige kürzeste Verbindungslinie relevant, die durch die Mitte des dünnsten Bereichs mit der Breite b verläuft. Dies ist in Fig. 5a für eine kürzeste Verbindungslinie V mit der Länge I zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung 509 und der linken oberen Einkerbung 512 gezeigt.
Solange die Ränder der Einkerbungen 512, 513, 514 und 515 und der länglichen Ausnehmungen 509 und 510 jeweils nur ein kurzes Stück weit parallel verlaufen und somit der dünnste Bereich mit der Breite b bei dem jeweiligen Steg zwischen Ausnehmung und Einkerbung klein ist, treten dann, wenn der Winkel α nicht kleiner als 17° und nicht größer als 29° ist, die gleichen positiven Effekte wie bei den anderen Ausführungsbeispielen auf.
Bei der Form der länglichen Ausnehmungen 509 und 510 handelt es sich um eine von mehreren möglichen Alternativen zu einer völlig ellipsenförmigen Gestaltung der länglichen Ausnehmungen. Dabei können diese Alternativen nicht nur basierend auf dem ersten Ausführungsbeispiel, sondern auch basierend auf dem zwei- ten, dritten oder vierten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen.
Es sind weitere Modifikationen der Kraftaufnehmer 101 bis 501 gemäß dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel möglich. So können z. B. bei dem Kraftaufnehmer 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die vorderen Ausnehmun- gen 125 und die hinteren Ausnehmungen 126 auch durchgehend sein und somit zusammenfallen. Bei dem Kraftaufnehmer 201 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können den vorderen Ausnehmungen 125 und den hinteren Ausnehmungen 126 entsprechende Elemente vorgesehen sein, wobei es sich um durchgehende oder nicht durchgehende Ausnehmungen handeln kann. Zudem sind bei allen Ausführungsbeispielen andere Anzahlen der vorderen und hinteren Ausnehmungen möglich. Weiterhin können beispielsweise bei dem Kraftaufnehmer 301 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und dem Kraftaufnehmer 401 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel jeweils dem oberen Gewinde 133 und dem unteren Gewinde 134 entsprechende Elemente oder andere Befestigungsmittel vorgesehen sein. Eben- so können die Kraftaufnehmer gemäß den anderen Ausführungsbeispielen ohne derartige Gewinde oder Befestigungsmittel ausgestaltet sein.
Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Modifikationen der vorstehend beschriebenen Kraftaufnehmer möglich, insbesondere hinsichtlich der erläuterten Elemen- te dieser Kraftaufnehmer.
Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Kraftaufnehmer zur Messung von Druck- und/oder Zugkräften, der einen stabförmigen Verformungskörper mit zumindest einer vorderen Seite, einer hinteren Seite, einer linken Seite, einer rechten Seite, einer oberen Stirnseite und einer unteren Stirnseite sowie zumindest vier Dehnungsaufnehmer, die an dem Verformungskörper angebracht und zur Messung einer Querdehnung und einer Längsdehnung des Verformungskörpers eingerichtet sind, aufweist. An der vorderen Seite ist eine vordere längliche Ausnehmung im Bereich eines Schnittpunkts zwischen einer zentralen Längsachse und einer zentralen Querachse des Verformungskörpers vorgesehen. Der vorderen länglichen Ausnehmung gegenüberliegend ist an der hinteren Seite eine hintere längliche Ausnehmung vorgesehen. An der linken Seite sind zumindest eine linke obere Einkerbung oberhalb der zentralen Querachse und eine linke untere Einkerbung unterhalb der zentralen Querachse vorgesehen. Diesen Einkerbungen an der linken Seite jeweils gegenüberliegend sind an der rechten Seite zumindest eine rechte obere Einkerbung und eine rechte untere Einkerbung vorgesehen. Ein Verhältnis eines Flächeninhalts eines Materialquerschnitts in einer orthogonal zu der zentralen Längsachse verlaufenden und die zentrale Querachse umfassenden Mittelebene zu einer Summe aus einem Flä- cheninhalt eines ersten Teilbereichs des Materialquerschnitts und einem Flächeninhalt eines zweiten Teilbereichs des Materialquerschnitts ist nicht kleiner als 1 ,56 und nicht größer als 2,15. Bei dem Kraftaufnehmer kann eine einseitige Verformung des Verformungskörpers vermieden werden. Er kann dadurch hochlinear arbeiten und sehr genaue Messergebnisse liefern.

Claims

Ansprüche
1. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501) zur Messung von Druck- und/oder Zugkräften, mit:
einem stabförmigen Verformungskörper (102; 202; 302; 402; 502), der zumindest eine vordere Seite (103; 203; 303; 403; 503), eine hintere Seite (104; 204; 304; 404; 504), eine linke Seite (105; 205; 305; 405; 505), eine rechte Seite (106; 206; 306; 406; 506), eine obere Stirnseite (107; 207; 307; 407; 507) und eine untere Stirnseite (108; 208; 308; 408; 508) aufweist; und
zumindest vier Dehnungsaufnehmern (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), die an dem Verformungskörper (102; 202; 302; 402; 502) angebracht und zur Messung einer Längsdehnung und einer Querdehnung des Verformungskörpers (102; 202; 302; 402; 502) eingerichtet sind, wobei
an der vorderen Seite (103; 203; 303; 403; 503) eine vordere längliche Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) im Bereich eines Schnittpunkts (S) zwi- sehen einer zentralen Längsachse (L) und einer zentralen Querachse (Q1 ) des Verformungskörpers (102; 202; 302; 402; 502) vorgesehen ist und dieser gegenüberliegend an der hinteren Seite (104; 204; 304; 404; 504) eine hintere längliche Ausnehmung (110; 210; 310; 410; 510) vorgesehen ist,
an der linken Seite (105; 205; 305; 405; 505) zumindest eine linke obere Einkerbung (112; 212; 312; 412; 512) oberhalb der zentralen Querachse (Q1 ) und eine linke untere Einkerbung (113; 213; 313; 413; 513) unterhalb der zentralen Querachse (Q1) vorgesehen sind sowie diesen Einkerbungen jeweils gegenüberliegend an der rechten Seite (106; 206; 306; 406; 506) zumindest eine rechte obe- re Einkerbung (114; 214; 314; 414; 514) und eine rechte untere Einkerbung (1 15; 215; 315; 415; 515) vorgesehen sind,
ein Materialquerschnitt (A) des Verformungskörpers (102; 202; 302; 402; 502) in einer orthogonal zu der zentralen Längsachse (L) verlaufenden und die zentrale Querachse (Q1 ) umfassenden Mittelebene einen Materialquerschnittsflächeninhalt aufweist,
ein linker erster Teilbereich (B1 ) des Materialquerschnitts (A) sich von einer linken ersten Geraden (G1 ), die durch einen Rand der vorderen länglichen Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) zu der linken Seite (105; 205; 305; 405; 505) hin und einen Rand der hinteren länglichen Ausnehmung (1 10; 210; 310; 410; 510) zu der linken Seite (105; 205; 305; 405; 505) hin verläuft, bis zu einem Rand des Materialquerschnitts (A) zu der linken Seite (105; 205; 305; 405; 505) hin erstreckt und einen ersten Teilbereichsflächeninhalt aufweist,
ein rechter zweiter Teilbereich (B2) des Materialquerschnitts (A) sich von einer rechten zweiten Geraden (G2), die durch einen Rand der vorderen länglichen Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) zu der rechten Seite (106; 206; 306; 406; 506) hin und einen Rand der hinteren länglichen Ausnehmung (1 10; 210; 310; 410; 510) zu der rechten Seite (106; 206; 306; 406; 506) hin verläuft, bis zu einem Rand des Materialquerschnitts (A) zu der rechten Seite (106; 206; 306; 406; 506) hin erstreckt und einen zweiten Teilbereichsflächeninhalt aufweist, und ein Verhältnis zwischen dem Materialquerschnittsflächeninhalt und einer Summe aus dem ersten Teilbereichsflächeninhalt und dem zweiten Teilbereichsflächeninhalt nicht kleiner als 1 ,56 und nicht größer als 2,15 ist.
2. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
ein Winkel (a) zwischen der zentralen Querachse (Q1 ) und einer kürzesten Verbindungslinie (V) zwischen der vorderen länglichen Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) und der linken oberen Einkerbung (1 12; 212; 312; 412; 512) nicht kleiner als 17° und nicht größer als 29° ist.
3. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die länglichen Ausnehmungen (109, 1 10; 209, 210; 309, 310; 409, 410; 509, 510) jeweils im Wesentlichen ellipsenförmig ausgebildet sind.
4. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, wobei
die Einkerbungen (1 12, 1 13, 114, 1 15; 212, 213, 214, 215; 312, 313, 314, 315; 412, 413, 414, 415; 512, 513, 514, 515) jeweils im Wesentlichen teilkreisförmig ausgebildet sind.
5. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die vordere längliche Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) und die hintere längliche Ausnehmung (1 10; 210; 310; 410; 510) jeweils bezüglich des Schnittpunkts (S) zentriert angeordnet sind, und
die linke obere Einkerbung (1 12; 212; 312; 412; 512) und die linke untere
Einkerbung (1 13; 213; 313; 413; 513) sowie die rechte obere Einkerbung (1 14; 214; 314; 414; 514) und die rechte untere Einkerbung (1 15; 215; 315; 415; 515) jeweils bezüglich der zentralen Querachse (Q1 ) symmetrisch angeordnet sind.
6. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
in der vorderen länglichen Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) zumindest vier vordere Ausnehmungen (125; 225; 325; 425; 525) vorgesehen sind und diesen jeweils gegenüberliegend in der hinteren länglichen Ausnehmung (110; 210; 310; 410; 510) zumindest vier hintere Ausnehmungen (126; 226; 326; 426; 526) vorgesehen sind, wobei es sich jeweils um durchgehende oder nicht durchgehende Ausnehmungen handeln kann.
7. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei
bei einer Kraftmessung das Verhältnis zwischen der Querdehnung und der Längsdehnung zwischen 55 % und 72 % liegt.
8. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
in der vorderen länglichen Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509) zumindest drei vordere Dehnungsaufnehmer (117, 1 18, 1 19; 217, 218, 219; 317, 318, 319; 417, 418, 419; 517, 518, 519) angeordnet sind und in der hinteren länglichen Ausnehmung (1 10; 210; 310; 410; 510) zumindest drei hintere Dehnungsaufnehmer (121 , 122, 123; 221 , 222, 223; 321 , 322, 323; 421 , 422, 423; 521 , 522, 523) angeordnet sind,
einer (1 17; 217; 317; 417; 517) der vorderen Dehnungsaufnehmer und ei- ner (121 ; 221 ; 321 ; 421 ; 521 ) der hinteren Dehnungsaufnehmer bezüglich des Schnittpunkts (S) zentriert angeordnet und zur Messung der Längsdehnung eingerichtet ist, und
zwei (1 18, 1 19; 218, 219; 318, 319; 418, 419; 518, 519) der vorderen Dehnungsaufnehmer und zwei (122, 123; 222, 223; 322, 323; 422, 423; 522, 523) der hinteren Dehnungsaufnehmer bezüglich der zentralen Querachse (Q1 ) symmetrisch oberhalb und unterhalb derselben angeordnet und zur Messung der Querdehnung eingerichtet sind.
9. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei
der Verformungskörper (102; 202; 302; 402; 502) bezüglich einer durch die zentrale Längsachse (L) und die zentrale Querachse (Q1 ) gebildeten ersten Ebene symmetrisch ausgebildet ist, und
der Verformungskörper (102; 202; 302; 402; 502) zumindest in einem Be- reich, in dem sich die vordere längliche Ausnehmung (109; 209; 309; 409; 509), die hintere längliche Ausnehmung (1 10; 210; 310; 410; 510) und die Einkerbungen (1 12, 1 13, 1 14, 1 15; 212, 213, 214, 215; 312, 313, 314, 315; 412, 413, 414, 415; 512, 513, 514, 515) befinden, auch bezüglich einer orthogonal zu der zentralen Querachse (Q1 ) verlaufenden und die zentrale Längsachse (L) umfassenden zweiten Ebene symmetrisch ausgebildet ist und bezüglich der Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist.
10. Kraftaufnehmer (101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Verformungskörper (102; 202; 302; 402; 502) aus Stahl, Titan, Aluminium oder Berylliumkupfer besteht.
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