CH439792A - Kraftmessvorrichtung - Google Patents

Description

  
 



  Kraftmessvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftmessvorrichtung mit einem in Kraftwirkungsrichtung   beweglichen    Krafteinleitungsteil und sich senkrecht zur Kraftwirkungsrichtung erstreckenden Verformungsgliedern, die einerseits am   Krafteinleitungsteil,    anderseits an   einem    steifen Randteil befestigt, auf Biegung beanspruchbar und mit Dehnungsmesselementen, vorzugsweise elektrischen Wi  derstandsdehnungsmessstreifen,    versehen sind.



   Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist lein biegesteifes Zentralteil nach Art einer Nabe über sich wie Speichen in radialer Richtung erstreckende Biegestäbe mit einem biegesteifen kreisringförmigen Rand verbunden. Unter der Wirkung einer Kraft in axialer Richtung wird das Zentralteil relativ zu dem als Widerlager dienenden Rand verschoben. Die hierbei auftretende Verformung der Biegestäbe wird durch an diesen angebrachte elektrische Dehnungsmessstreifen in entsprechende elektrische Messwerte umgewandelt. Die Verbindung der Biegestäbe mit dem steifen Zentralteil einerseits und dem steifen Rand anderseits hat jedoch einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Kraft bzw. dem Weg des Zentralteiles und der Verformung bzw. der Beanspruchung der Biegestäbe zur Folge.



   Der Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, eine Kraftmessvorrichtung zu schaffen, welche trotz sehr geringer Abmessungen und Herstellungskosten einen grossen linearen Messbereich beslitzt. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemäss das Krafteinleitungsteil am Ort der Befestigung der Verformungsglieder aus mehreren, jeweils mit einem der Verformungsglieder verbundenen und senkrecht zur Kraftwirkungsrichtung biegbaren Einzelteilen besteht.



   Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, wo die   Verformungsglieder    an der Befestigungsstelle am Krafteinleitungsglied praktisch unnachgiebig eingespannt sind, bewirkt bei der   lerfindungsgemässen    Vorrichtung die Aufteilung des Krafteinleitungsteiles in der Umgebung der Befestigungsstellen der einzelnen   Verformungs-    glieder einen günstigeren Spannungsverlauf in den Verformungsgliedern, so dass sich der Bereich linearer Verformung vergrössert.



   Weitere Einzelheiten sind in der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erörtert.



   Es zeigen in unterschiedlichem Massstab:
Fig. 1 im Querschnitt eine für Druckmessungen bestimmte Ausführungsform der Kraftmessvorrichtung,
Fig. 2 im Querschnitt eine gekapselte Druckmessdose mit eingebauter Vorrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 und 4 eine Seitenansicht bzw. Draufsicht der Vorrichtung in nicht fertig   bearbeitetem    Zustand,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung gemäss Linie 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung gemäss Linie 7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung in nicht fertig bearbeitetem Zustand und
Fig. 9 einen Ausschnitt aus Fig. 7 in belastetem Zustand.



   Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wirkt der Druck   landes    in Richtung des Pfeiles P durch eine Einlassöffnung 12 in eine Kammer 11 eingeleiteten Mediums auf die die Kammer auf einer Seite abschliessende Membran 9, welche an ihrem äusseren Rande 9a zum Kammergehäuse 10 abgedichtet und befestigt ist. Die durch die Druckwirkung hervorgerufene Auslenkung   ider    Membran 9 bewirkt eine entsprechende Verstellung des schaftartig ausgebildeten   Krafteinleitungsteiles    14 der Kraftmessvorrichtung 13   m    Richtung seiner Längsachse.

   An seinem der Membran 9 abgewandten Ende geht das   Krafteinieitungsteil    14 in zwei durch einen Längsschlitz 15 voneinander ge  trennte    Teile 14a und 14b über, von welchen jedes mit einem sich senkrecht zur Kraftwirkungsrichtung erstreckenden Verformungsglied 16 bzw. 17 verbunden ist. Die der Verbindungsstelle mit den Teilen 14a und  14b abgewandten Enden der Verformungsglieder sind derart gelagert, dass sie nicht relativ zum Gehäuse 10 bewegbar sind.

   Jedes Verformungsglied ist in bekannter Weise mit elektrischen Widerstandsdehnungsmessstreifen versehen, welche Spannungsänderungen in den Verformungselementen, die durch eine Verstellung des   Krafteinleitungstedes    14 in seiner Längsrichtung relativ zum Gehäuse 10 auftreten, aufnehmen und in entsprechende elektrische Messsignale umwandeln, welche in bekannter und nicht dargestellter Weise ausgewertet werden.



   Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einer Hülse 22 verbunden werden, welche einen Kabelanschluss 23 sowie weitere Bauelemente 24, 25 aufnimmt. Zur Abdichtung der   Vorrich    tung gemäss Fig. 1 gegen den Innenraum der Hülse 22 dient eine Kappe 26, durch deren obere Fläche 27 elektrische Anschlüsse 28 sowie ein Ventil 29 zur Entlüftung oder Füllung des durch die Kappe 26 abgeschlossenen Raumes, beispielsweise mit Edelgas, abgedichtet geführt sind.



   In besonders zweckmässiger Weise können Krafteinleitungsteil, Verformungsglieder und Randteil aus einem Stück geeigneten Materials hergestellt werden.



  Dies kann dadurch geschehen, dass aus einem vollen zylindrischen Stück mit den in Fig. 3 gestrichelt gezeichneten Konturen 30 durch Materialabtrag, beispielsweise Drehen, eine Scheibe 31 mit einem zylindrischen Schaft 32 im   Zentrum    gebildet   wind.    Durch weiteren   Matenial-    abtrag, der ebenfalls in einfacher Weise, beispielsweise auf einer Drehbank, erfolgen kann, wird sodann wie in Fig. 4 in Draufsicht und in Fig. 5 im Schnitt dargestellt, die Scheibe 31 so gestaltet, dass sie einen steifen,   ring-    förmigen Aussenrand 33 und einen steifen ringförmigen Zentralteil 3'5 besitzt und zwischen beiden eine biegbare   Kreisringfläche    34.

   Anstelle des in Fig. 5 gezeigten Querschnittes der Platte können auch andere geeignete Querschnittsgestaltungen treten, beispielsweise die aus Fig. 1, 7 und 8 ersichtlichen.



   In einem derart vorbereiteten Körper werden sodann in zweckmässiger Weise, wie aus Fig. 6 lersichtlich,   zwei parallel zueinander : : zu beiden Seiten des zylindri-    schen Schaftes 32 bis in den Rand 33 hinein verlaufende Einschnitte 38 und 39 angebracht. Dadurch entstehen zwei je einerseits mit dem Schaft 32 und anderseits mit dem Rand 33 verbundene speichenartige Verformungsglieder 45, 46 von der Breite 37. An der Stelle, an der diese Verformungsglieder in den Rand 33 übergehen, ist dessen Dicke auf einer etwas vergrösserten Breite 36 so vermindert (Fig. 7 und 8), dass diese   Stellen 33a, 33b bei einer Einspannung des Randes ! 33    von oben und unten ohne Berührung mit der   Einspann-    vorrichtung bleiben.



   Nun wird   der    Schaft 32   rm    Bereich seiner Verbindung mit den Verformungsgliedern so geschlitzt, dass er in diesem Bereich aus Einzelteilen 32a und 32b (Fig. 7) besteht, welche   einersefts    jeweils nur mit einem Verformungsglied in Verbindung stehen, an ihrem anderen Ende jedoch vereinigt bleiben. In zweckmässiger   Weise wird hierzu, wie aus Fig. 7 ! ersichtlich, im Schaft    32 vom oberen Ende 42 her eine   bjs    unterhalb der Platte reichende, in Richtung der Mittelachse 50 verlaufende Bohrung 41 und ein senkrecht zu den Schlitzen 38,   39;durch    die Achse 50 des Schaftes verlaufender, ebenfalls bis unterhalb der Platte reichenden Schlitz angebracht. Der Schlitz 40 kann mittels einer Kreissäge hergestellt werden.



     Die    Einzelteile 32a und 32b sind unabhängig von einander senkrecht zur Mittelachse 50 des Schaftes in beiden Richtungen   abbiegbar.    Durch geeignete Wahl des Durchmesslers der Bohrung 41 kann die Biegsamkeit beeinflusst werden. Durch eine zweite, senkrecht zur Bohrung 41 durch die Achse 50 unterhalb der Platte verlaufende Bohrung 44, vorzugsweise grösseren
Durchmessers, können Stellen 47 und 48 verminderten
Querschnittes geschaffen werden, die die Biegsamkeit der Einzelteile 32a und 32b erhöhen oder bei relativ steifen Teilen 32a und 32b definierte Biegestellen dar stellen.

   Im letzteren Falle ist es zweckmässig, wie in Fig. 9 für eine Seite dargestellt, die Länge 57 des jeweiligen Schafteinzelteiles 32b gleich der Länge 58 des   antieiligen    Zentralteiles 35b des zugehörigen Ver  formungselementes    46 zu machen, so dass die beiden
Teile einen starren Winkelhebel bilden.



   Wirkt eine Kraft am Ende 43 (Fig. 7 und 9) auf den als   Krafteinleitungsbeil    dienenden Schaft 32 in dessen Längsrichtung, so erfolgt bei festgehaltenem Rand 33 eine Verschiebung des Schaftes 32 in Richtung der Achse 50 relativ zum Rand 33. Bei nach oben gerichteter Kraft hat dies zur Folge, dass sich die Verformungsglieder 45 und 46 nach oben biegen und   hier    bei die mit ihnen verbundenen Schaftteile 32a und 32b an ihrem freien Ende von der Achse 50 weggebogen werden, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 9 für eine Seite dargestellt und bei der   Ausfühnngsform    nach Fig. 7 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.



   Die Auftrennung des Schaftes 32 in voneinander   unabhängig abbiegbare, jeweils mit ! einem Verformungs-    glied 45 bzw. 46 verbundene Teile 32a bzw. 32b bewirkt, dass die wirksamen Hebelarme 55 und 56 (Fig. 7) jederzeit praktisch gleich lang bleiben, wodurch eine wesentliche Ursache der bei den bekannten Ausführungen auftretenden   Messwertverfälschungen    beseitigt wird.



  Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 tritt noch der weitere Vorteil einer zur Schwenkung des Winkelhebels proportionalen Dehnung in dem die Messelemente an den Stellen 51 bis 54 entsprechend   Fig.7      tragenden    Teil des Verformungselementes hinzu.



   Der hier erzielte Vorteil eines linearen Spannungsverlaufes über grössere Bereiche als bei den bekannten Vorrichtungen erlaubt es, bei gleichem Platzbedarf für die   Messelemente    die Vorrichtung kleiner zu gestalten oder bei gleicher Vorrichtungsgrösse grössere Messelemente zu verwenden und damit einen besseren Messeffekt zu erzielen.



   Die für die Messung nicht genützten Teile 59 und 60 sind zweckmässig zur Anbringung elektrischer Leitungen und dergleichen zu verwenden.



   Selbstverständlich ist man nicht auf die in den Aus  führungsbeispielen    dargestellte Ausführung mit nur zwei Verformungsgliedern   beschränkt.    Bei grösserer Zahl von Verformungsgliedern ist eine entsprechende Unterteilung des   Krafteinleitungsteiles    vorzunehmen, so dass je eines dieser Teile mit leinen Verformungsglied in Verbindung steht, welches sich in radialer Richtung vom   Knaft-      einleitungsteil      zum    Randteil erstreckt. Anstelle eines kreisförmigen Randteiles können andere geometrische Formen treten, z. B. kann der Randteil in Form eines Quadrates, Rechteckes oder Vieleckes ausgebildet sein.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kraftmessvorrichtung mit einem in Kraftwirkungsrichtung beweglichen Krafteinleitungsteil und sich senkrecht zur Kraftwirkungsrichtung erstreckenden Verfor mungsgliedern, die einerseits am Krafteinleitungsteil, anderseits an einem steifen Randteil befestigt, auf Biegung beanspruchbar und mit Dehnungsmesselementen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungsteil (14, 32) am Ort der Befestigung der Verformungsglieder (16,17; 4'5, 46) aus mehreren, jeweils mit einem der Verformungsglieder verbundenen und senkrecht zur Kraftwirkungsrichtung biegbaren Einzelteilen (14a, 14b; 32a, 32b) besteht.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Kraftmessvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Zahl von Verfonmungsgliedern vorgesehen ist und jeweils zwei der Verformungsglieder sich in entgegengesetzter Richtung vom Krafteinleitungsteil zum Randteil erstrecken.

   2. Kraftmessvorrichtung nach Patentanspruch mit einer Kreisplatte mit biegesteifer Randzone, biegestei- fem Zentralteil, der mit einem sich senkrecht zur Plattenebene erstreckenden Krafteinleitungsteil verbunden ist, und dazwischen liegender K, reisringElächle geringerer Dicke, dadurch gekennzeichnet, dass dle Kreisplatte (31) vom Rand des Krafteinieitungsteiles (32) bis in die Randzone (33) reichende, jeweils paarweise parallel zueinander verlaufende Einschnitte (38, 39) aufweist, zwischien denen radial verlaufende Verformungsglieder (45, 46) gebildet sind, und dass das Krafteinleitungsteil (32) an seinem mit dem Zentralteil (35) verbundenen Ende in getrenate Einzelteile (32a, 32b) übergeht,

   welche durch jeweils zwischen den Befestigungsstellen der Verformungsglieder verlaufende Schlitze (40) voneinander getrennt sind.

   3. Kraftmessvorrichtung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafteinleitungsteil im Bereich der Einzelteile (32a, 32b) eine axiale Bohrung (41) besitzt.

   4. Kraftmessvorrichtung nach Untenanspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Einzelteile ; (32a, 32b) an ihrem vom jeweiligen Verformungsglied (45, 46) abgewandten Ende eine, vorzugsweise durch Querschnittsverminderung geschaffene, Biegestelle (47, 48) besitzen.

   5. Kraftmessvorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsglieder (45, 46) am Übergang vom biegesteifen Zentralteil (35) zum biegbaren Kreisringteil eine, vorzugsweise durch Querschnittsverminderung geschaffene, Biegestelle (59) besitzen.

   6. Kraftmessvorrichtung nach Unteransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (58) des Teiles jedes Verforniungsgliedes zwischen dem Ort seiner Befestigung am Krafteinleitungsteil und der Biegestelle (59) gleich der Länge (57) Ides zugehörigen Ein zeltelles (32b) des Krafteinleitungsteiles zwischen dem Ort der Befestigung und der Biegestelle (48) am Krafteinleitungsteil ist und beide einen starren Winkelhebel bilden.

   7. Kraftmessvorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Randzone (33a, 33b) im jeweiligen Bereich eines Verformungsgliedes zu beiden Seiten in geringerem Masse über der Plattenebene erhebt als in den Bereichen zwischen den Verformungsgliedern.