DE19924738A1 - Meßzelle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßzelle zur Messung von Kräften mittels ortsfest gelagertem Hebel zur Einleitung der Meßlast, wobei der Hebel an einer flächigen Membran fest angebracht ist, die an ihrem Umfang in einem Gehäuse sitzt, welches gegenüber dem Maschinengestell ortsfest gelagert werden kann. Dieser Sensor zeichnet sich dadurch aus, daß die Membran als Federgebilde ausgestaltet ist, die neben ihrer Abdichtungsfunktion für ein dahinter liegendes Gehäuse auch Bestandteil der Meßzelle ist, deren elastische Verformung abgegriffen und in ein Meßsignal umgesetzt wird.
Description
Die folgende Erfindung betrifft eine Meßzelle nach Ober
begriff des Hauptanspruchs.
Derartige Meßzelle ist zum Beispiel bekannt aus DE-PS 41 10 429.
Bei derartigen Meßzellen wird eine Meßlast über einen
ortsfest gelagerten Hebel in die Meßzelle eingeleitet und auf
ein elastisch verformbares Federgebilde übertragen. Die Ver
formung des Federgebildes wird über geeignete Meßwertaufneh
mer erfaßt und zu einer Auswerteschaltung gegeben.
Die Meßzelle muß hierzu an einem ortsfesten Maschinenge
stell befestigt werden. Zu diesem Zweck dient ein starres Ge
häuse, welches mit jeweils geeigneten Vorrichtungen zur Befe
stigung am Maschinengestell ausgestattet ist.
Derartige Meßzellen werden vielfach bei Meßaufgaben ein
gesetzt, bei denen die Gefahr der Dekontamination besteht,
weil sich beispielsweise Dämpfe, Ölnebel, verflüchtigte Sub
stanzen jeder Art auf der Meßzelle im Laufe der Zeit vertei
len können.
Es gilt daher grundsätzlich, die Meßzelle gegen derarti
ge Umwelteinflüsse abzuschirmen.
Hierzu sind im Stand der Technik Faltenbälge bekannt,
deren Hub erfaßt und in ein Meßsignal umgewandelt wird.
Das Problem derartiger Faltenbälge ist die relativ große
Masse und demzufolge taugen derartige Konstruktionen nicht
zur Messung kleiner Kräfte und insbesondere kleiner Kräfte
unter hochfrequenten zeitlichen Änderungen.
Obwohl dies keine Beschränkung der Erfindung auf derar
tige Verfahren sein soll, tritt das Problem der Dekontamina
tion insbesondere im Textilbereich auf. Dort dienen derartige
Meßzellen zum Beispiel der Erfassung kleiner Fadenkräfte, die
hochdynamischen Schwingungen unterworfen sind. Gerade hier
muß berücksichtigt werden, daß der laufende Faden mit einer
Präparation beziehungsweise Avivage versehen ist, die sich im
Laufe der Zeit in der gesamten Maschinenhalle hauchdünn ver
breitet und somit die Gefahr von Fehlmessungen an der Meßzel
le hervorruft.
Man kann zwar versuchen, derartige Meßzellen zu kapseln.
Dann jedoch tritt das zusätzliche Problem von Fehlmessungen
und Nichtlinearitäten in den Vordergrund, da die Kapselung
auch die Eintrittsstelle des Hebels in die Meßzelle umfassen
muß und auch an dieser Stelle dicht zu sein hat.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die be
kannte Meßzelle so weiterzubilden, daß unter Vermeidung obi
ger Dichtigkeitsprobleme trotzdem ein hochdynamisch auflösen
der Sensor für kleine Kräfte entsteht, der ein lineares Aus
gangssignal aus einer Biegeverformung liefert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des An
spruchs 1.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Zel
len hermetisch gegenüber der Umgebung abgeriegelt sind und
einen in sich abgeschlossenen Topf bilden, wobei diejenige
Wandung des Topfs, die den Hebel zur Einleitung der Meßlast
trägt, als linear verformbares Federgebilde erkannt wurde.
Dieses Federgebilde wird in der vorliegenden Anmeldung
als flächige Membran bezeichnet, die an ihrem Umfang starr an
das Gehäuse angekoppelt ist. Über den zu einer Seite der Mem
bran hinausragenden Hebel wird die jeweilige Meßlast in die
Membran eingeleitet, die ihrerseits infolge der starren Ein
spannung am Umfang zumindest in derjenigen Ebene, in welcher
außer dem Hebel auch die Meßlast liegt, eine S-förmige Aus
lenkung erfährt.
Es kann daher das bewährte Meßprinzip des sogenannten
Doppelbiegebalkens auch an der Erfindung angewandt werden.
Infolge der starren Ankoppelung der Membran an das Gehäuse
werden die angekoppelten Randzonen der Membran biegemomenten
steif gehalten, so daß der Membran bei Lastbeaufschlagung des
Hebels eine S-förmige Auslenkung aufgeprägt wird.
Andererseits ist die Membran parallel zu der wirkungsli
nie der jeweils eingeleiteten Meßlast sehr steif, so daß in
den seitlich neben dem Hebel liegenden Zonen eine parasitäre
Verformung praktisch nicht zu berücksichtigen ist. Die even
tuell vorkommenden Verformungen sind darüberhinaus symme
trisch zueinander und verfälschen daher das Meßergebnis
nicht.
Die Erfindung nutzt daher die generelle Tendenz der Mem
bran, sich unter der jeweiligen Meßlast elastisch zu verfor
men und greift die diesbezüglichen Verformungen an geeigneten
Stellen der Membran ab.
Diese Membran ist ein im Prinzip flächiges Gebilde, wel
ches neben der Funktion einer elastischen Verformung auch die
Funktion der Abdichtung des hinter der Membran liegenden Rau
mes erfüllt. Dieser wird von dem Gehäuse dicht umschlossen
und der eigentliche Raum der Meßzelle, in welchem sich auch
die Meßwertaufnehmer zweckmäßigerweise befinden, ist daher
auch für Flüssigkeiten mit stark kriechenden Eigenschaften
unzugänglich.
Der hinter der Membran abgeschlossene Raum kann auf
vielfältige Weise zur Erzielung vorbestimmter Effekte genutzt
werden. Dieser Raum kann zum Beispiel mit einem Öl geeigneter
Viskosität gefüllt werden. Hierdurch läßt sich eine vorbe
stimmte Dämpfung beziehungsweise auch ein definierter Fre
quenzgang erzielen. Zur Erhöhung der Dämpfung kann zusätzlich
eine perforierte Trennwand vorgesehen sein, so daß einge
schlossene Dämpfungsflüssigkeit durch die verringerten Fließ
querschnitte der Perforation am freien Hin- und Herströmen
zusätzlich gehindert wird.
Daher eignet sich die erfindungsgemäße Meßzelle insbe
sondere zum Einsatz bei praktisch beliebig kleinen Nennmeß
kräften in Prozessen zur Herstellung von Fäden, insbesondere
Endlosfäden, da das Eigenschwingverhalten des Sensors prak
tisch beliebig gedämpft werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit einer Be
füllung unter höherem Druck als Atmosphärendruck. Diese Maß
nahme unterbindet jegliches Eintreten kriechender Flüssig
keiten nachhaltig, so daß das Zeitstandverhalten der Meßzelle
zuverlässig prognostiziert werden kann.
Die Meßzelle ermöglicht darüberhinaus neben einer Erfas
sung der S-förmigen Verbiegung der Membran auch eine Erfas
sung von deren Torsion.
Hierzu wird vorgeschlagen, daß in Frontalansicht die
Meßwertaufnehmer auf einer Parallelen zur Wirkungslinie der
Meßlast und paarweise zu beiden Seiten des Hebels angeordnet
sind und darüberhinaus zusätzliche Meßwertaufnehmer auf einer
hierzu querliegenden Linie vorgesehen sind. Letztere Meßwert
aufnehmer werden zweckmäßigerweise als Torsionsaufnehmer aus
gestaltet, zum Beispiel in Form von Dehnungsmeßstreifen, de
ren Orientierungsrichtung unter 45° zu der Querlinie liegt.
Da die vorliegende Meßzelle auf einfache Weise punktsym
metrisch beziehungsweise rotationssymmetrisch ausgeführt sein
kann, läßt sich eine vollständige Auswuchtung erzielen.
Diese Meßzelle ist daher insbesondere auch für den Ein
satz im rotierenden Bereich geeignet.
Verwendet man zur Auswuchtung Kontergewichte im Innenbe
reich der Meßzelle, können diese auch in einer weiteren Funk
tion als überlastbegrenzender Anschlag dienen.
Darüberhinaus bietet die Meßzelle nach dieser Erfindung
die Möglichkeit unterschiedlicher Befestigungen am Maschinen
gestell, zum Beispiel über eine Gewindehülse, ein am Außenum
fang des Gehäuses angebrachtes Schraubgewinde, eine glatte
und zylindrische Oberfläche in Verbindung mit axialen Klemm
einrichtungen, der Befestigung über einen umlaufenden
Flanschring etc.
Es ist in Weiterbildung vorgesehen, daß der Hebel die
Membran durchstößt und bis kurz vor den Boden des Topfs ver
läuft. Auf diese Weise kann auf einfache Weise ein überlast
begrenzender Anschlag installiert werden. Hierzu wird am Bo
den des Topfs ein Ring verankert, dessen Innendurchmesser
größer als der Außendurchmesser des Hebels am topfseitigen
Ende ist, so daß der Hebel mit seinem topfseitigen Ende in
gewissem Umfang frei beweglich ist, bevor er an den Innenum
fang des angesetzten Ringes stößt.
Zudem läßt sich die Verlagerung des topfseitigen Endes
des Hebels unter der jeweils wirkenden Meßlast auch relativ
einfach abgreifen und als Meßsignal nach außen führen. Hierzu
kommen insbesondere kapazitive Meßverfahren oder Hall-Sonden
in Betracht, da diese berührungsfrei arbeiten und somit das
jeweilige Meßsignal leicht aus der Meßzelle herausgebracht
werden kann.
Berücksichtig man ferner, daß der Sensor bei kleinem Hub
ein hohes Ausgangssignal liefern soll, wird ergänzend vorge
schlagen, den in sich geschlossenen Umfangsrand der Membran
als stabilen massiven Ring auszubilden, auf den nach innen
gesehen eine relativ dünne Meßzone von nur wenigen einzehntel
Millimetern Dicke folgt. An die Meßzone schließt sie nach in
nen erneut ein dicker massiver Bereich an, welcher der Auf
nahme des Hebels dient.
Ein derartiger Sensor bietet eine relativ hohe Auflösung
auch bei kleinen Kräften, wobei sich gegenüber den dicken
massiven Zonen mit erheblicher Materialanhäufung die reinen
Meßzonen sehr feinfühlig auslenken werden.
Zweckmäßigerweise ist die Membran ein einstückiges Bau
teil, so daß eventuelle innere Verspannungen etc. vermieden
werden.
Zur besseren Abtragung der jeweiligen Meßlast wird er
gänzend vorgeschlagen, die Membran an jeweils zwei sich ge
genüberliegenden Stellen abzuflachen und das jeweilige Gehäu
se ebenfalls, damit innerhalb der Membran unter der Meßlast
ein im wesentlichen gleichmäßiger Spannungsaufbau erfolgen
kann.
Darüberhinaus bietet die Erfindung den Vorteil, daß zu
sätzlich zur Verformung der Membran auch eine Verformung des
Hebels abgegegriffen werden kann. Dies erfolgt zweckmäßiger
weise durch Einfangen des topfseitigen Hebelendes mittels ei
ner festen Abstützung am Topf. Zweckmäßigerweise wird der He
bel dann zwischen dem Einspannpunkt am Topf und der Befesti
gungsstelle an der Membran nach Art einer Biegefeder ge
schwächt, so daß sich unter der jeweils gegebenen Meßlast ei
ne Ausbiegung des Hebels im abgeschlossenen Topfbereich ein
stellen wird.
Diese Ausbiegung läßt sich in geeigneter Weise abgreifen
und zur Meßauswertung überlagern.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit
frei beweglichem Hebelende,
Fig. 2 eine mögliche Frontalansicht auf die Meßzelle,
Fig. 3 eine weitere mögliche Frontalansicht auf die Meß
zelle,
Fig. 4 Frontalaufsicht auf eine modifizierte Membran mit
abgeflachten Einspannzonen,
Fig. 5 schematische Darstellung einer weiteren Meßzelle
mit kopfseitig eingespanntem Hebel.
Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die
folgende Beschreibung stets für alle Figuren.
Die Figuren zeigen eine Meßzelle 1 zur Messung von Kräf
ten mittels ortsfest gelagertem Hebel 3 zur Einleitung der
jeweiligen Meßlast 2. Der Hebel 3 überträgt die jeweilige
Meßlast 2 auf ein elastisch verformbares Federgebilde 4. An
dem Federgebilde 4 sind Meßwertaufnehmer 5 vorgesehen, welche
die jeweilige Verformung des Federgebildes erfassen und in
ein Meßsignal umwandeln.
Die Meßzelle 1 sitzt innerhalb eines starren Gehäuses 9.
Das Gehäuse 9 weist Vorrichtungen zur Befestigung am Maschi
nengestell auf. Hierunter können beispielsweise Klemmvorrich
tungen am Außenmantel des Gehäuses fallen. Gegebenenfalls
können Anschraubflansche vorgesehen sein. Im gezeigten Aus
führungsbeispiel ist am Gehäuseumfang ein umlaufendes Gewinde
vorgesehen, welches über geeignete Paare von Spannmuttern ge
genüber dem Maschinengestell 6 verschraubt wird.
Wesentlich ist nun, daß das Federgebilde 4 die Form ei
ner flächigen Membran 7 hat. Die Membran 7 weist einen umlau
fenden und in sich geschlossenen Rand 8 auf und ist mit die
sem Rand 8 an den Innenumfang des Gehäuses 9 dicht angefügt
und dort starr befestigt. Hierzu dient die dichte Befesti
gungsfuge 10 zwischen dem Außenumfang des geschlossenen Ran
des 8 und dem Innenumfang des Gehäuses 9. Zur Abdichtung des
geschlossenen Randes am Gehäuse kann zum Beispiel Metall,
Teflon, Kunststoff dienen. Gleichsam sind Metallringdichtun
gen, Lötfugen, Klebefugen, Schweißnähte denkbar. Die Membran
kann aber auch einstückig mit dem Anschlußbereich des Gehäu
ses 9 hergestellt sein. Geeignete Fertigungsverfahren sind
Stanzen, Fräsen, Drehen, Erodieren oder Verfahren aus der
Mikromechanik.
Die Membran 7 erstreckt sich in Seitenansicht (siehe
Fig. 1) im wesentlichen parallel und in Frontalansicht (siehe
Fig. 2 bis 4) längs sowie quer zur Richtung der Meßlast 2, wo
bei die Meßlast 2 von der eigentlichen Meßstelle an der Mem
bran einen vorbestimmten Abstand 32 einnimmt. Dieser Abstand
32 ist wesentlich, da er eine S-förmige Auslenkung der Mem
bran 7 bewirkt, deren Verformungen von den Meßwertaufnehmern
5 zu erfassen sind.
Zu einer Seite der Membran ist das Gehäuse 9 topfartig
in sich geschlossen, so daß zwischen der Innenseite der Mem
bran 7 und dem topfartigen Teil des Gehäuses 9 ein abge
schlossener Hohlraum 11 entsteht. Der Hebel 3 zur Einleitung
der Meßlast 2 ist starr im Zentrum der Membran 7 befestigt
und ragt auf der anderen Seite der Membran 7 frei zugänglich
in den Raum. An seinem freien Ende wird er von der Meßlast
beaufschlagt. Zwischen dem Zentrum der Membran 7 und dem He
bel 3 wird eine Verbindung über die Einspannstelle 12 ge
schaffen, die nach Möglichkeit im Verhältnis zu den Meßzonen,
an denen die Meßwerteaufnehmer 5 angebracht sind, biege- und
verformungssteif ist.
Durch die biege- und verformungssteife Verbindung zwi
schen Hebel 3 und dem Zentrum der Membran 7 wird im wesentli
chen die gesamte Meßlast 2 in entsprechende Verformungen der
Membran 7 dort umgesetzt, wo auch die Meßwertaufnehmer 5 an
gebracht sind.
Wie Fig. 2 bis 4 zeigen, verläuft die Wirkungslinie 13
der Meßlast 2 im wesentlichen mittig durch das Zentrum der
Membran 7. Eine hierzu quer liegende Querlinie 14 kann einem
zusätzlichen Meßwertabgriff dienlich sein, da auch hier eine
genau definierte Verformung erfolgen wird.
Während nämlich die Bereiche ober- und unterhalb der
Kraftangriffsstelle im wesentlichen eine S-förmige Verbiegung
erfahren, erfolgt um den Bereich der Querlinie 14 herum eine
Torsion, die mit geeignet orientierten Meßwertaufnehmern ab
gegriffen werden kann.
Zweckmäßigerweise verläuft die Mittellinie des Hebels 13
durch den Schnittpunkt 15 zwischen der Wirkungslinie 13 der
Meßlast und der Querlinie 14, da auf diese Weise definierte
Angriffs- und Verformungsverhältnisse vorliegen.
Zusätzlich zeigen die Fig. 1 und 5 die Anordnung der Meß
wertaufnehmer 5 auf der dem Topfinneren zugewandten Fläche
der Membran 7. Da zwischen der Membran 7 und dem Innenumfang
des Topfs eine dichte Fuge besteht, bleiben schädliche Sprüh
nebel und so weiter außerhalb der Meßwertaufnehmer. Die Mem
bran dient daher neben einer Abgriffsmöglichkeit für die Meß
werte zusätzlich auch der Abdichtung der Meßwertaufnehmer ge
gen die Umgebung.
Weiterhin zeigen die Fig. 2 bis 4 in Frontalansicht, daß
die Meßwertaufnehmer 5 auf einer Parallelen zur Wirkungslinie
13 der Meßlast liegen und paarweise zu beiden Seiten des He
bels 3 angeordnet sind. Zusätzlich können Torsionsmeßstreifen
auf der Querlinie 14 vorgesehen sein, die quer zu der Paral
lelen zur Wirkungslinie der Meßlast orientiert ist. Auch in
diesem Fall sollten die Meßwertaufnehmer paarweise zu beiden
Seiten des Hebels vorgesehen sein.
Obwohl die Grundrißform der Membran 7 beliebig wählbar
ist, werden insbesondere punktsymmetrische Formen bevorzugt.
Hierzu zählen insbesondere die quadratische Grundrißform und
die kreisrunde Grundrißform gemäß Fig. 3. Letztere bietet den
zusätzlichen Vorteil der relativ einfachen Herstellung auf
einer Drehbank. Gleichwohl kommen aber auch elliptische oder
rautenförmige Grundrißformen ohne weiteres in Betracht.
Ergänzend hierzu zeigen die Fig. 1 und 5, daß der Hebel 3
die Membran 7 durchstößt und mit einem zweiten Hebelende 16
bis kurz vor den Boden 17 des Topfs verläuft, diesen jedoch
nicht berührt. Dieser Fall ist in Fig. 1 gezeigt. Dort ist das
zweite Hebelende 16 innerhalb gewisser Grenzen frei beweg
lich. Abweichend hiervon zeigt Fig. 5 einen Ausführungsfall,
bei welchem das zweite Hebelende gegenüber dem Boden 17 des
Topfs eingespannt ist. Dort ist ergänzend eine Biegezone 30
zwischen der endseitigen Festlegung 29 und der Membran 7 vor
gesehen. Diese Biegezone dient der Aufnahme geeigneter Meß
wertaufnehmer 31, so daß zusätzlich die dort anliegenden Ver
formungen abgegriffen und ausgewertet werden können.
Ergänzend zum gezeigten Ausführungsfall läßt sich die
endseitige Festlegung auch als feste Einspannung ausbilden.
In diesem Falle würde im Bereich der Biegezone 30 ein Wende
punkt entstehen, an welchem die Krümmung des zweiten Hebelen
des 16 die Richtung wechselt. Es würde sich demnach ein zu
mindest im wesentlichen S-förmig gekrümmter Biegebalken aus
bilden.
Ergänzend hierzu zeigt Fig. 1 einen gehäusefesten An
schlag 18, der im Umgebungsbereich des bodenseitigen Endes
des Hebels 3 vorgesehen ist. Der gehäusefeste Anschlag um
fasst das zweite Hebelende 16 mit einem vorgegebenen Abstand,
so daß für das zweite Hebelende 16 ein freier Bewegungsbe
reich 19 entsteht.
Innerhalb dieses Bewegungsbereichs 19 kann das zweite
Hebelende 16 frei bewegt werden. Der Bewegungsbereich 19 wird
bestimmt durch den Abstand, der zwischen dem Außenumfang des
zweiten Hebelendes 16 und dem Innenumfang des gehäusefesten
Anschlags 18 entsteht.
Dieser Abstand ist so begrenzt, daß ein Anstoß des bo
denseitigen Endes des Hebels noch während der elastischen
Membranverformung erfolgt.
Für diesen Fall dient der Anschlag 18 als Überlastbe
grenzer zur Vermeidung von Verformungen an der Meßzelle 1,
die zu deren Zerstörung führen würden.
Zusätzlich kann dieser Abstand, der sich naturgemäß bei
Beaufschlagung des Hebels 3 zeitlich ändert, zum Beispiel
durch ein kapazitives oder induktives Meßverfahren abgegrif
fen werden. Der jeweils aktuelle Abstand ist daher auch ein
Maß für die jeweils auf die Meßzelle 1 wirkende Kraft.
Ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, die Meßwerte über
eine drahtlose Funkverbindung aus dem Innenraum der Meßzelle
1 nach außen zu führen. Hierzu soll im Innenraum ein Sender
20 vorgesehen sein, der über entsprechende Verbindungsleitun
gen von den Meßwertaufnehmern 5 beziehungsweise 31 beauf
schlagt wird. Über einen Außenorts angeordneten Empfänger 21
werden die vom Sender 20 übermittelten Signale an eine Aus
werteschaltung weitergereicht.
Das topfartige Gehäuse kann zweckmäßigerweise mit einer
Füllung 22 versehen sein. Hierunter ist zum Beispiel ein in
nertes Schutzgas zu verstehen. Durch derartige Füllung läßt
sich das Eintreten dekontaminierender atmosphärischer Be
standteile zuverlässig unterbinden.
Darüberhinaus kann auch eine Füllung 22 mit dämpfenden
Eigenschaften eingefüllt sein. Hierunter sind zum Beispiel
hochviskose Öle, zum Beispiel Silikonöle zu verstehen.
Da bei Beaufschlagung der Membran 7 stets auch eine ge
wisse Verdrängung der eingefüllten Dämpfungsflüssigkeit er
folgt, läßt sich durch entsprechende Auswahl der Flüssigkeit
eine definierte Dämpfung beziehungsweise ein definierter Fre
quenzgang einstellen.
Durch Anordnung von Dämpfungsvorsprüngen 23, die zusam
men mit dem Hebel 3 bewegt werden und die in die jeweilige
Dämpfungsflüssigkeit eintauchen, kann eine zusätzliche Dämp
fung erzielt werden. Der Dämpfungsgrad kann weiter gesteigert
werden durch Verwendung einer zusätzlichen Dämpfungswand 24,
die in den Innenraum des Gehäuses 9 eingepasst ist. Die Dämp
fungswand verfügt über Perforationen, um der eingeschlossenen
Dämpfungsflüssigkeit eine erheblich behinderte Strömung in
nerhalb des Innenraums zu erlauben.
Ergänzend zeigen die Figuren Membranen 7, bei denen der
in sich geschlossene Rand 25 erhebliche Materialanhäufungen
aufweist und der Zentralbereich ebenfalls, wobei zwischen
Rand 25 und Zentrum 26 sehr dünne Meßzonen 27 vorgesehen
sind, an denen die federelastische Verformung abgegriffen
wird.
Während also die Materialanhäufungen im wesentlichen im
Randbereich und im Zentrum der Membranen 7 vorgesehen sind,
sind die dazwischen liegenden Zonen praktisch nur millimeter
dünn oder geringer, so daß die insbesondere bei Textilmaschi
nen auftretenden kleinen Kräfte hochdynamisch erfasst werden
können. Bei derartiger Membrangestaltung treten parasitäre
Verformungen praktisch nicht auf.
Ergänzend hierzu zeigt Fig. 4 eine Membran, die an je
weils zwei sich gegenüberliegenden Stellen abgeflacht ist,
wobei die Verbindungslinien der sich jeweils gegenüberliegen
den Abflachungen zueinander senkrecht stehen.
Hierbei dienen die Abflachungen 28 der ortsfesten Ein
spannung der Membran 7 über einen relativ breiten Längsbe
reich, so daß auch außerhalb der Symmetrielinie, die parallel
zur Wirkungslinie der Meßlast liegt, zuverlässig vorhersagba
re Membranverformungen entstehen.
Ergänzend hierzu zeigen die Fig. 2 bis 4 in gestrichelter
Form Membranen, bei denen der umlaufende Rand 25 über hoch
kant und quer verlaufende Meßzonen verbunden ist. Die jeweils
nicht mit Meßwertaufnehmern 5 besetzten Felder sind an dem
Meßergebnissen nicht beteiligt und dienen insbesondere nur
der Abdichtung einerseits und der versteifenden Aufhängung
der horizontal und vertikal gelagerten Meßstreifen.
Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, lassen sich die
Meßwertaufnehmer 5 auf zwei zueinander senkrechten Achsen auf
der Membran anordnen, damit zeitgleich eine Messung in beiden
Achsen durchgeführt werden kann. Derartige Maßnahmen bieten
den Vorteil, daß mit der Messung der jeweils aktuellen Meß
last auch Aussagen zum Beispiel über den Reibwert am An
griffspunkt der Meßlast 2 getroffen werden können.
Derartiger Sensor bietet den zusätzlichen Vorteil, daß
er um seine Zentralachse herum ausgewuchtet werden kann.
Hierdurch läßt sich derartiger Sensor auch ohne weiteres im
rotierenden Bereich einsetzen. Sieht man das Auswuchtgewicht
im Innenraum des Sensors vor, kann dies zusätzlich als über
lastbegrenzender Anschlag dienen.
Die vorliegende Erfindung bietet daher insgesamt den
Vorteil, derartige Sensoren mit sehr kleiner Nennmeßkraft
hermetisch dicht auszuführen und dabei trotzdem sehr kompakt
zu gestalten. Da die Meßzelle mit Ausnahme der Meßzonen 27
insgesamt sehr biege- und verformungssteif ausgeführt werden
kann, weisen derartige Sensoren auch eine sehr hohe System
eigenfrequenz auf und eignen sich deshalb insbesondere auch für
Messungen im hochdynamischen Bereich, zum Beispiel bei
schnell laufenden Kunststoffäden (10 000 m pro Minute und
mehr) an Spinnereimaschinen.
1
Meßzelle
2
Meßlast
3
Hebel
4
Federgebilde
5
Meßwertaufnehmer
6
Maschinengestell
7
Membran
8
geschlossener Rand
9
Gehäuse
10
dichte Befestigungsfuge
11
abgeschlossener Hohlraum
12
Einspannstelle des Hebels
13
Wirkungslinie der Meßlast
14
Querlinie zur Wirkungslinie
15
Schnittpunkt zwischen Wirkungslinie und Querlinie
16
zweites Hebelende
17
Boden des Topfs
18
gehäusefester Anschlag
19
Bewegungsbereich
20
Sender
21
Empfänger
22
Füllung
23
Dämpfungsvorsprung
24
zusätzliche Dämpfungswand
25
Rand
26
Zentrum
27
Meßzone
28
Abflachung
29
endseitige Festlegung
30
Biegezone
31
Meßwertaufnehmer in der Biegezone
32
Abstand
Claims (19)
1. Meßzelle (1) zur Messung von Kräften mittels ortsfest
gelagertem Hebel (3) zur Einleitung der Meßlast (2), der
die jeweils wirkende Meßlast (2) auf ein elastisch ver
formbares Federgebilde (4) mit daran sitzenden Meßwert
aufnehmern (5) überträgt, wobei die Meßzelle (1) in ei
nem starren Gehäuse (9) sitzt, welches über Vorrichtun
gen zur Befestigung am Maschinengestell (6) verfügt, da
durch gekennzeichnet, daß das Federgebilde (4) eine
flächige Membran (7) ist, die sich in Seitenansicht im
wesentlichen parallel und in Frontalansicht längs sowie
quer zur Meßlast erstreckt und die einen geschlossenen
Rand (8) aufweist, an dem sie von dem Gehäuse (9) dicht
umschlossen wird, wobei zu einer Seite der Membran (7)
das Gehäuse (9) topfartig in sich geschlossen ist und daß
der Hebel (3) zur Einleitung der Meßlast (2) starr an
der Membran (7) befestigt ist und zur anderen Seite der
Membran (7) auskragt.
2. Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßwertaufnehmer (5) auf der dem Topf zugewandten
Fläche der Membran (7) sitzen.
3. Meßzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß in Frontalansicht die Meßwertaufnehmer (5) auf
einer Parallelen zur Wirkungslinie (13) der Meßlast und
paarweise zu beiden Seiten des Hebels (3) angeordnet
sind.
4. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (5) auf einer
Querlinie (14) quer zur Parallelen zur Wirklinie der
Meßlast (2) und paarweise zu beiden Seiten des Hebels
(3) angeordnet sind.
5. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Membran (7) bezüglich der Mit
tellinie des Hebels (3) punktsymmetrisch ist.
6. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Membran bezüglich der Mittelli
nie des Hebels rotationssymmetrisch ist.
7. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Hebel (3) die Membran (7) durch
stößt und mit einem zweiten Hebelende (16) bis kurz vor
den Boden (17) des Topfs verläuft.
8. Meßzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Hebelende (16) den Boden des Topfs nicht be
rührt und daß im Umgebungsbereich des bodenseitigen En
des des Hebels (3) ein gehäusefester Anschlag (18) vor
gesehen ist, der zu dem bodenseitigen Ende des Hebels
eine so bemessenen Abstand (19) einnimmt, daß ein Anstoß
des bodenseitigen Endes des Hebels (3) noch während ela
stischer Membranverformungen erfolgt.
9. Meßzelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Auslenkung des bodenseitigen Endes des He
bels aus der zentrierten Nullstellung erfaßt und als
Meßwert nach außen gegeben wird.
10. Meßzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das bodenseitige Ende des Hebels von einem gehäusefesten
Anschlag gehalten wird, welcher eine Verschiebung des
bodenseitigen Endes des Hebels verhindert und daß
zwischen dem bodenseitigen Ende des Hebels und der
Membran (7) eine Biegezone (30) vorgesehen ist, deren
Verformung von Meßwertaufnehmern (31) erfaßt und als
Meßwert nach außen gegeben wird.
11. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßwerte über eine drahtlose
Funkeinrichtung (20, 21) nach außen gegeben werden.
12. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß das topfartige Gehäuse (9) mit einem
inerten Schutzgas gefüllt ist.
13. Meßzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schutzgas unter Überdruck steht.
14. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß in das topfartige Gehäuse (9) eine
Dämpfungsflüssigkeit (22) eingefüllt ist.
15. Meßzelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß an die Bewegung der Membran gekoppelte Dämpfungsvor
sprünge (23) vorgesehen sind, die in die Dämpfungsflüs
sigkeit (22) hineinragen.
16. Meßzelle nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen der Membran und dem Boden (17)
des Topfs eine durchlöcherte Dämpfungswand (24) vorgese
hen ist.
17. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Membran (7) über einen geschlos
senen Rand (25) und ein Zentrum (26) jeweils mit erheb
lichen Materialanhäufungen verfügt und daß zwischen Rand
(25) und Zentrum (26) sehr dünne Meßzonen (27) vorgese
hen sind, deren federelastische Verformung abgegriffen
wird.
18. Meßzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (7) ein einstückiges Bauteil ist.
19. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Membran (7) an jeweils zwei sich
gegenüberliegenden Stellen über Abflachungen (28) ver
fügt und daß die Verbindungslinien der jeweils zwei sich
gegenüberliegenden Abflachungen (28) zueinander senk
recht stehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924738A DE19924738A1 (de) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Meßzelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924738A DE19924738A1 (de) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Meßzelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19924738A1 true DE19924738A1 (de) | 2000-12-07 |
Family
ID=7909650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924738A Withdrawn DE19924738A1 (de) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Meßzelle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19924738A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1617197A3 (de) * | 2001-07-10 | 2006-04-05 | Société de Technologie Michelin | Eine Kraftmesseinrichtung beinhaltender Reifen |
DE102011106383A1 (de) * | 2011-07-04 | 2013-01-10 | Honigmann Industrielle Elektronik Gmbh | Zugkraftmesseinrichtung |
CN111751036A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-09 | 徐州凯工机械有限公司 | 一种用于络筒机的张力传感器 |
-
1999
- 1999-05-31 DE DE19924738A patent/DE19924738A1/de not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013004375A3 (de) * | 2011-07-04 | 2013-04-04 | Honigmann Industrielle Elektronik Gmbh | Zugkraftmesseinrichtung |
DE102011106383B4 (de) * | 2011-07-04 | 2014-08-28 | Honigmann Industrielle Elektronik Gmbh | Zugkraftmesseinrichtung |
US9551624B2 (en) | 2011-07-04 | 2017-01-24 | Honigmann Industrielle Elektronik Gmbh | Tensile force measuring device |
CN111751036A (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-09 | 徐州凯工机械有限公司 | 一种用于络筒机的张力传感器 |
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8141 | Disposal/no request for examination |