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Kraftmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßeinrichtung,
die aus mehreren zumindest zum Teil mit Dehnmeßstreifen versehenen, im wesentlichen
parallel zueinander verlaufenden B iegebalken besteht. Biegebalkeneinrichtungen
dieser Art sind dann besonders nützlich, wenn ein Maximum an meßbarer Dehnung bei
einem Minimum an Auslenkung erwünscht ist.
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Es ist bereits bekannt, Kraftmeßeinrichtungen mit parallel zueinander
verlaufenden B iegebalken derart auszubilden, daß die Biegebalken an ihren Enden
mittels Verbindungsteilen miteinander verbunden sind.
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Es ist weiterhin bekannt, aus Biegebalken bestehende Kraftmeßeinrichtungen
einstückig herzustellen. Bei den bekannten Einrichtungen wird als nachteilig empfunden,
daß entweder die Herstellung kompliziert und teuer ist oder zufolge der Anordnung
der Biegebalken Verfälschungen des Meßergebnisses auftreten können, die durch Momente
verursacht werden.
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Die Erfindung bezweckt, eine Weiterbildung der bekannten Einrichtungen
zu schaffen, durch die, unter Ausnutzung ihrer Vorteile, die erwähnten Nachteile
vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Biegebalken an ihren Enden
jeweils durch gemeinsame steife Verbindungsteile miteinander verbunden sind, wobei
das Verbindungsteil auf der einen Seite gleichzeitig zur Befestigung der Einrichtung
dient und eine mit dem anderen Verbindungsteil starr verbundene, nicht bewegliche
innere Erstreckung, die die zu messende Last aufnimmt, sich zwischen den Biegebalken
erstreckt. Durch diese Ausbildung wird bewirkt, daß die durch an den einzelnen Biegebalken
angreifende Kräfte verursachten Momente immer entgegengesetztes Vorzeichen besitzen
und sich deshalb gegenseitig aufheben. Hierdurch wird eine Verfälschung des Meßergebnisses
vermieden. Weiterhin wird durch den erfindungsgemäßen Lastangriffspunkt erreicht,
daß bei gleichem Meßeffekt in den einzelnen Biegebalken geringere Zug- bzw. Druckkräfte
auftreten, da die Last nicht einen so großen Momentenarm besitzt, wie dies bei den
bekannten Einrichtungen zur Erreichung des gleichen Meßeffektes erforderlich ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildungsform der Erfindung ist ein Biegebalken
in Form einer vorzugsweise dünneren Führungsplatte ausgebildet, die so angeordnet
ist, daß die Last auf die innere Erstreckung in Richtung auf den weiteren vorzugsweise
dickeren Biegebalken einwirkt, dessen Biegung als Maß für die Größe der angreifenden
Last dient. Die zu messende Last greift dabei vorteilhafterweise längs einer Linie
an, die die Länge der Kraftmeßeinrichtung durchschneidet. Hierzu ist es gemäß weiterem
Erfindungsgedanken vorteilhaft, die Führungsplatte aus zwei parallelen Teilen herzustellen,
die sich derart Seite an Seite erstrecken, daß sie eine Öffnung frei lassen, durch
welche hindurch die Last auf die innere Erstreckung einwirkt. In gleicher Weise
kann auch der andere Biegebalken aus zwei parallelen Teilen bestehen, an denen erfindungsgemäß
die Dehnmeßstreifen angebracht sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann
aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Es zeigt Abb. 1 eine perspektivische Darstellung
einer Ausführungsform der Kraftmeßeinrichtung nach der Erfindung, Abb. 2 eine Seitenansicht
der Einrichtung nach Abb. 1, Abb. 3 eine Draufsicht der Einrichtung nach Abb. 1,
Abb. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die in den Abb. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung
weist einen festen rechteckigen Materialklotz auf, in welchen Öffnungen ausgefräst
oder auf andere Weise ausgearbeitet sind, um einen steifen Befestigungsteil 1 zu
erhalten, von welchem der verhältnismäßig dicke Biegebalken 2 und die verhältnismäßig
dünne biegsame Führungsplatte 3 auslädt, wobei beide an ihren äußeren beweglichen
Enden durch einen verhältnismäßig schweren Verbindungsteil 4 verbunden sind. Ein
in entgegengesetzter Rich-
tung sich erstreckender Lastaufnahmefortsatz
5 des Balkens lädt von dem beweglichen Verbindungsteil 4 innerhalb, dazwischen und
im wesentlichen parallel zu dem Balken 2 und der biegsamen Platte 3 aus. Die Führungsplatte
3 verhält sich wie ein Balken. Die innere Erstreckung 5 ist so ausgebildet, daß
sie entweder eine Zug- oder eine Druckkraft6 aufnehmen kann, die vorzugsweise durch
einen auf der Zeichnung in gestrichelten Linien dargestellten Stab übertragen wird,
welcher in das vorzugsweise in der Längsachse der Erstreckung eingeschnittene Muttergewinde
8 eingeschraubt sein kann.
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Um dem Stab 7 einen direkten vertikalen Zugang zu der lastaufuehmenden
Erstreckung 5 zu verschaffen, wurde eine entsprechende Öffnung 9 in der oberen Führungsplatte3
vorgesehen. Diese Öffnung kann, wenn erforderlich, als Langöffnung ausgebildet sein
und dabei die Führungsplatte 3 halbieren. Wenn gewünscht, kann auch der relativ
schwere Biegebalken 2, welcher im wesentlichen die ganze Last trägt, in zwei Längsteile,
ähnlich denen der Führungsplatte 3, geteilt sein.
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Durch eine große Querausdehnung der beiden Hälften der Führungsplatte
und des Biegebalkens wird die Querfestigung der Einrichtung beachtenswert verstärkt.
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Elektrische Widerstandsdehnmeß streifen vorzugsweise in Form der
geklebten elektrischen Widerstandsdrahtstreifen 13 und 14 sind sowohl an der oberen
als auch der unteren Fläche des Balkens 2 angebracht, wie Abb. 2 und 3 zeigen. Bekanntlich
wird die Anderung des elektrischen Widerstandes des Dehnmeßstreifens in Abhängigkeit
von einer gegebenen angreifenden Last mittels irgendeines geeigneten elektrischen
Meßkreises, z. B. einer Wheatston'schen Brücke, ermittelt.
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Der Dehnmeßstreifen hat also, grob ausgedrückt, die Aufgabe, die Ablenkung
unter der Einwirkung einer angreifenden Last zu messen und bildet dementsprechend
eine Ablenkungsmeßeinrichtung.
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Zum Gebrauch wird die Einrichtung nach der Erfindung an einem geeigneten
Fundament 15 durch Bolzen 16 befestigt, die sich durch den Befestigungsteil 1 erstrecken.
Daher biegt sich beim Angriff einer vertikalen Kraft 6 auf dem nach rückwärts sich
erstreckenden Balken 15 der dehnungsempfindliche Balken 2, wodurch eine Dehnung
in den Dehnmeßstreifen 13 und 14 entsteht, während die Führungsplatte 3, die dieselbe
Länge wie der Biegebalken 2 hat, sicherstellt, daß die angreifende Kraft jederzeit
ihre vertikale Richtung beibehält. Der Biegebalken und die Führungsplatte nehmen
unter dem Einfluß der Last die in det Abbildung durch die strichpunktierten Linien
17-17 dargestellte Form an, wobei jedoch die tatsächliche Durchbiegung geringer
ist als gezeichnet. Insoweit die Aufgabe der geteilten Führungsplatte 3 darin besteht,
die innere Balkenerstreckung 5 vertikal zu führen, kann die Führungsplatte relativ
^ dünn im Vergleich zum dehnungsempfindlichen Biegebalken 2 ausgebildet sein.
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Die Führungsplatte 3 und der Biegebalken 2 können selbstverständlich
auch gleich dick sein und beide Dehnmeßstreifen an solchen Stellen tragen, wo die
Ablenkung nicht bedeutend ist. Es ist jedoch durch Gestaltung der Balken in verschiedener
Dicke möglich, die Ablenkung der Zelle zu vermindern und dabei den gleichen »Output«,
d. h. die gleiche elektrische Widerstandsänderung der Dehnmeßstreifen, zu erhalten.
Das hat die wünschenswerte Wirkung eines Anhebens der Ansprechfrequenz, wodurch
es leichter ist, die Einrichtung hermetisch in einer Lastzelle abzuschließen, was
die Anwendung der Zelle -insbesondere für die Wägung erleichtert. Auf jeden Fall
sind beide, der
Balkenteil 2 und die Führungsplatte 3, relativ dünn im Vergleich
zur starren Basis 1, dem Verbindungsteil 4 und der inneren Erstreckung 5, wodurch
die günstigste Wirkung in bezug auf Erzeugung von Dehnungen in dem Balken 2 in Abhängigkeit
von einer geeigneten Last erzielt wird.
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Durch den nicht flexiblen Verbindungsteil 4 wird sichergestellt,
daß der Balken2 und die Führungsplatte die innere Erstreckung 5 jederzeit in der
horizontalen Lage halten, so daß die gemessene Kraft jederzeit eine vertikale Richtung
einnimmt. DieAusdrücke »vertikal« und »horizontal« sind hier jedoch nur relativ
zu verstehen insoweit, als die Einrichtung in jeder gewünschten Lage benutzt werden
kann, ohne daß dadurch die Wirkung oder die Ergebnisse beeinträchtigt werden.
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Die Einrichtung kann auch aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt
-sein und braucht nicht aus einem-einzigen zusammenhängenden zu bestehen.
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Andere Vorteile der Zwillingsbalkengestaltung sind die relative Unempfindlichkeit
gegen Seitenkräfte oder Momente. Letztere setzen zwar die Teile 2 und 3 unter Zug
und Druck, dehnen dabei aber alle Meßglieder gleichmäßig, -so daß die Meßbrücke
nicht aus dem Gleichgewicht gebracht wird.
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In der Ausführungsform gemäß Abb. 4 sind die Biegebalken 2,3 mit
Stellen 28,29 konzentrierter Spannungen versehen, die durch Querschnittsverringerungen
geschaffen sind. In einfacher Weise werden die Stellen 28, 29 durch Bohrungen hergestellt.
An den Stellen konzentrierter Spannungen sind Dehnmeßstreifen30, 31 angeordnet.
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PATENTANSPR0CHE 1. Kraftmeßeinrichtung, aus mehreren zumindest zum
Teil mit Dehnmeßstreifen versehenen, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden
B iegebalken bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegebalken (2, 3) an ihren
Enden jeweils durch gemeinsame steife Verbindungsteile (1, 4) miteinander verbunden
sind, wobei das Verbindungsteil (1) auf der einen Seite gleichzeitig zur Befestigung
der Einrichtung dient und eine mit dem anderen Verbindungsteil (4) starr verbundene,
nicht bewegliche innere Erstreckung (5), die die zu messende Last aufnimmt, sich
zwischen den Biegebalken (2, 3) erstreckt.