DE202008017526U1 - Modular measuring axis - Google Patents

Abstract

Modulares Kraftaufnehmersystem (10) zum Messen von Kräften (20), die im Wesentlichen quer auf eine Achse (16), insbesondere eine Messachse, wirken, mit:
einem ersten Modul, das einen Achskörper (12) umfasst, der sich entlang einer Längsachse (16) erstreckt, wobei der Achskörper (12) einen Krafteinleitungsabschnitt (18), mindestens einen Lagerabschnitt (28) und mindestens einen Verformungsabschnitt (22) aufweist; und
einem zweiten Modul, das eine Messzelle (100; 110; 120) mit einem Messzellenkörper (101; 111; 121) umfasst, wobei der Messzellenkörper (101; 111; 121) mit einem elektrischen Messsystem (54) verbunden ist,
wobei das zweite Modul in eine axiale Bohrung (14) des ersten Moduls einführbar ist und derart kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem ersten Modul verbindbar ist, dass bei einer durch äußere Krafteinwirkung hervorgerufenen Verformung des Verformungsabschnitts (22) eine Verformung des Messzellenkörpers (101; 111; 121) hervorgerufen wird, die in Form eines entsprechenden elektrischen Signals durch das elektrische Messsystem (54) ausgegeben wird.Modular force transducer system (10) for measuring forces (20) which act essentially transversely on an axis (16), in particular a measuring axis, with:
a first module including an axle beam (12) extending along a longitudinal axis (16), the axle beam (12) having a force introduction portion (18), at least one bearing portion (28) and at least one deformation portion (22); and
a second module comprising a measuring cell (100; 110; 120) with a measuring cell body (101; 111; 121), the measuring cell body (101; 111; 121) being connected to an electrical measuring system (54),
wherein the second module can be inserted into an axial bore (14) of the first module and can be positively connected to the first module in such a manner that a deformation of the measuring cell body (101, 111; 121) which is output in the form of a corresponding electrical signal by the electrical measuring system (54).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Kraftaufnehmersystem zum Messen von Kräften, die im Wesentlichen quer auf eine Achse, insbesondere eine Messachse, wirken, mit: einem ersten Modul, das einen Achskörper umfasst, der sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei der Achskörper einen Krafteinleitungsabschnitt, mindestens einen Lagerabschnitt und mindestens einen Verformungsabschnitt aufweist; und einem zweiten Modul, das eine Messzelle mit einem Messzellenkörper umfasst, wobei der Messzellenkörper mit einem elektrischen Messsystem verbunden ist.The The present invention relates to a modular force transducer system for measuring forces that are substantially transverse to one another Axis, in particular a measuring axis, act, with: a first module, which comprises an axle body extending along a longitudinal axis extends, wherein the axle body a force introduction section, at least one bearing section and at least one deformation section having; and a second module having a measuring cell with a Includes measuring cell body, wherein the measuring cell body connected to an electrical measuring system.

Gewöhnliche Kraftaufnehmer werden in der EP 0 154 728 , der DE 44 07 066 C2 und der DE 21 01 961 A offenbart. Ein weiterer Kraftaufnehmer ist aus der DE 103 02 349 bekannt.Ordinary load cells are used in the EP 0 154 728 , of the DE 44 07 066 C2 and the DE 21 01 961 A disclosed. Another load cell is out of the DE 103 02 349 known.

Ein solcher Kraftaufnehmer ist exemplarisch in 5 dargestellte und mit 110 bezeichnet. Der Kraftaufnehmer 110 stellt eine sogenannte Messachse dar. Die Messachse 110 erstreckt sich längs einer Längsachse 116. Sie ist ferner in drei Abschnitte unterteilt. Ein erster Abschnitt zum Einleiten einer Kraft 120 quer zur Längsachse 116 ist mit 118 bezeichnet. An den Krafteinleitungsabschnitt 118 schließt sich in axialer Richtung jeweils ein Verformungsabschnitt 122 an. Die Verformungsabschnitte 122 weisen einen geringeren Durchmesser als der Krafteinleitungsabschnitt 118 auf. An die Verformungsabschnitte 122 wiederum schließen sich sogenannte Lagerabschnitte 128 an, die von Halteschenkeln 129 mittels Bohrungen 130 gehalten werden. Der Krafteinleitungsabschnitt 118 trägt beispielsweise eine Seilrolle 131, wie sie beispielsweise bei Kränen eingesetzt wird. Über die Seilrolle 131 wird die (Gewichts-)Kraft auf den Krafteinleitungsabschnitt 118 übertragen.Such a force transducer is exemplary in 5 shown and with 110 designated. The force transducer 110 represents a so-called measuring axis. The measuring axis 110 extends along a longitudinal axis 116 , It is also divided into three sections. A first section for introducing a force 120 transverse to the longitudinal axis 116 is with 118 designated. To the force introduction section 118 closes in the axial direction in each case a deformation section 122 at. The deformation sections 122 have a smaller diameter than the force introduction section 118 on. At the deformation sections 122 In turn, so-called storage sections close 128 on, by holding thighs 129 by drilling 130 being held. The force introduction section 118 for example, carries a pulley 131 , as used for example in cranes. About the pulley 131 becomes the (weight) force on the force introduction section 118 transfer.

Bei dem in 5 gezeigten Kraftaufnehmersystem 110 sind die Verformungsabschnitte 122 aus dem Vollmaterial des Achskörpers 112 gedreht und gefräst. Bei Einwirkung einer Kraft 120 kommt es in diesen Bereichen zu den größten Verformungen (Biegung/Stauchung/Scherung). Diese Verformungen werden wiederum mittels Messzellen 134 in elektrische Signale umgewandelt. Dazu ist eine Messzelle, wie zum Beispiel ein Dehnungsmessstreifen (DMS) vorgesehen. Die Messzelle 134 sitzt in einer Vertiefung, die sich in radialer Richtung, das heißt senkrecht zur Zeichnungsebene der 5, in den Achskörper 112 erstreckt. Die Verdrahtung von (hier nicht dargestellten) DMS erfolgt durch hier nicht dargestellte Bohrungen, die sich im Inneren des Achskörpers 112 befinden, so dass die Signale an einem axialen Ende des Achskörpers 112 über einen Anschluss 132 abgegriffen werden können.At the in 5 shown force transducer system 110 are the deformation sections 122 from the solid material of the axle body 112 turned and milled. By the action of a force 120 The largest deformations occur in these areas (bending / compression / shear). These deformations are in turn using measuring cells 134 converted into electrical signals. For this purpose, a measuring cell, such as a strain gauge (DMS) is provided. The measuring cell 134 sits in a recess extending in the radial direction, that is perpendicular to the plane of the drawing 5 , in the axle body 112 extends. The wiring of (not shown here) DMS is done by holes not shown here, located in the interior of the axle body 112 located so that the signals at one axial end of the axle body 112 via a connection 132 can be tapped.

Die für das Funktionieren des Scher- bzw. Biegebalkenprinzips erforderlichen Aussparungen im Bereich der Verformungsabschnitte 122, wo die Messzellen 134 angeordnet sind, sind aufgrund des variierenden Radius und variierenden Bohrungstiefen schwierig herzustellen. Die radialen Vertiefungen für die Messzellen 134 müssen in einem getrennten Arbeitsgang radial in den Achskörper 112 gefräst werden. Gleiches gilt für die nicht dargestellten Bohrungen, um die Messzellen 134 zu verdrahten.The necessary for the functioning of the shear or bending beam principle recesses in the region of the deformation sections 122 where the measuring cells 134 are difficult to manufacture due to the varying radius and varying hole depths. The radial wells for the measuring cells 134 must be in a separate operation radially into the axle 112 be milled. The same applies to the holes, not shown, to the measuring cells 134 to wire.

Die Verdrahtung der Kraftmesszellen 134 selbst ist aufwändig, da die Kabel durch Verdrahtungsbohrungen geringen Durchmessers hindurchgeführt werden müssen, um sie z. B. mit dem Anschluss 132 zu verbinden.The wiring of the load cells 134 itself is expensive, since the cables must be passed through wiring holes of small diameter in order to z. B. with the connection 132 connect to.

Ein weiteres Problem stellt die Versiegelung bzw. der Verschluss der Messzellen 134 gegenüber der Außenwelt dar. Grundsätzlich sind die Messzellen 134 äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Stößen oder wechselndem Wetter, ausgesetzt. Ist eine Messzelle 134 nicht ausreichend gegenüber der Außenwelt abgedichtet, so kann Wasser in die Messzelle 134 eindringen und den Betrieb derselben stören oder diese sogar zerstören.Another problem is the sealing or the closure of the measuring cells 134 to the outside world. Basically, the measuring cells 134 external influences, such as bumps or changing weather, exposed. Is a measuring cell 134 Insufficiently sealed against the outside world, water can enter the measuring cell 134 penetrate and disturb the operation of the same or even destroy it.

Ein anderes Problem stellt die Anbringung der DMS in den radialen Bohrungen dar. Die radialen Vertiefungen weisen in der Regel einen relativ kleinen Durchmesser auf bzw. sind relativ tief, so dass sich das Verkleben von Folien-DMS aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Raumes problematisch und aufwändig gestaltet.One Another problem is the attachment of the strain gages in the radial bores The radial depressions generally have a relative small diameter or are relatively deep, so that the Gluing of foil strain gauges due to the low available standing room problematic and elaborately designed.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kraftaufnehmersystem bereitzustellen, welches deutlich einfacher und kostengünstiger herzustellen ist. Insbesondere soll die Messzelle gegenüber äußeren Einflüssen geschützt sein. Sollten Folien-DMS verwendet werden, die geklebt werden müssen, so sollen diese einfach in den Kraftaufnehmerkörper einzubauen sein.It is therefore an object of the present invention, an improved To provide force transducer system, which is much easier and cheaper to manufacture. In particular, should the measuring cell against external influences be protected. Should slide strain gauges be used, the need to be glued, so they should simply in the load cell body to be installed.

Diese Aufgabe wird durch ein modulares Kraftaufnehmersystem gelöst, wobei das System versehen ist mit einem ersten Modul, das einen Achskörper umfasst, der sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei der Achskörper einen Krafteinleitungsabschnitt, mindestens einen Lagerabschnitt und mindestens einen Verformungsabschnitt aufweist; und mit einem zweiten Modul, das eine Messzelle mit einem Messzellenkörper umfasst, wobei der Messzellenkörper mit einem elektrischen Messsystem verbunden ist, wobei das zweite Modul in eine axiale Bohrung des ersten Moduls einführbar ist und derart kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem ersten Modul verbindbar ist, dass bei einer durch äußere Kraftwirkung hervorgerufenen Verformung des Verformungsabschnitts des Achskörpers eine Verformung des Messzellenkörpers hervorgerufen wird, die in Form eines entsprechenden elektrischen Signals durch das elektrische Messsystem ausgegeben wird.This object is achieved by a modular force transducer system, the system being provided with a first module comprising an axle body extending along a longitudinal axis, the axle body having a force introduction portion, at least one bearing portion and at least one deformation portion; and with a second module, which comprises a measuring cell with a measuring cell body, wherein the measuring cell body is connected to an electrical measuring system, wherein the second module is insertable into an axial bore of the first module and such non-positively or positively connected to the first module, that is caused in a caused by external force deformation of the deformation portion of the axle body deformation of the measuring cell body, the is output in the form of a corresponding electrical signal through the electrical measuring system.

Bei dem Achskörper gemäß der vorliegenden Erfindung sind im Gegensatz zu Achskörpern gemäß dem Stand der Technik keine radialen Bohrungen mehr erforderlich. Stattdessen wird lediglich eine axiale Bohrung vorgesehen, die fertigungstechnisch einfacher als Radialbohrungen herzustellen ist, weil der Achskörper in einer Aufspannung lediglich gedreht wird. Der Messzellenkörper wird anschließend in die axiale Bohrung eingeführt, wobei die Abmessungen der Bohrung und der Messzelle derart gewählt sind, dass sie kraftschlüssig miteinander verbindbar sind. Die Messzelle befindet sich dann im Inneren des Achskörpers und ist gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Ferner kann die Messzelle bereits außerhalb der Messzelle präpariert werden. Die Messzelle sowie deren Verdrahtung kann außerhalb des Achskörpers montiert bzw. vorbereitet werden. Anschließend wird die bereits verdrahtete Messzelle in den Achskörper eingeführt, was eine erhebliche Vereinfachung darstellt.at the axle body according to the present Invention are in contrast to axle bodies according to the Prior art no longer required radial bores. Instead only an axial bore is provided, the production technology easier is to produce as radial bores, because the axle body only rotated in one clamping. The measuring cell body is then inserted into the axial bore, wherein the dimensions of the bore and the measuring cell chosen such are that they are positively connected with each other. The measuring cell is then located inside the axle body and is against external influences protected. Furthermore, the measuring cell may already be outside the measuring cell are prepared. The measuring cell and its Wiring can be mounted outside the axle body or be prepared. Subsequently, the already wired measuring cell inserted into the axle body, which represents a considerable simplification.

Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Achskörper den Messzellenkörper im eingeführten Zustand relativ zur Längsachse in Umfangsrichtung umgibt.Furthermore it is preferred if the axle body the measuring cell body in the inserted state relative to the longitudinal axis surrounds in the circumferential direction.

Da die zu messende Kraft in der Regel im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Achskörpers wirkt, können Verformungen am besten auf die Messzelle übertragen werden, wenn diese vorzugsweise entlang ihrer gesamten Längserstreckung in Umfangsrichtung vollständig vom Achskörper umgeben wird. Die Kraftübertragung erfolgt dann direkt im Inneren des Achskörpers, was die Zuverlässigkeit der Sensorik, die in der Regel auf dem Scher- bzw. Biegebalkenprinzip beruht, erhöht.There the force to be measured is generally perpendicular to the Longitudinal axis of the axle body acts, can Deformations are best transferred to the measuring cell, if these are preferably along their entire longitudinal extent in Circumference completely surrounded by the axle becomes. The power transmission then takes place directly inside the axis body, which is the reliability of the sensors, which is usually based on the shear or bending beam principle, elevated.

Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die axiale Bohrung konzentrisch zur Längsachse angeordnet ist.Further It has proved to be advantageous if the axial bore is arranged concentrically to the longitudinal axis.

Im Falle einer konzentrischen Bohrung kann für die Messzelle eine Kraftmesssensorik verwendet werden, die in der Lage ist, eine Richtung der Krafteinwirkung zu bestimmen. Da sich die axiale Bohrung in der Mitte des Achskörpers befindet, herrscht die für eine richtungsabhängige Kraftmessung erforderliche Symmetrie.in the Trap of a concentric bore may be for the measuring cell a force measuring sensor can be used which is capable of a To determine the direction of the force. Since the axial bore in the middle of the axle body, the prevails for one direction-dependent force measurement required symmetry.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die axiale Bohrung im Bereich des Verformungsabschnitts.According to one preferred embodiment, the axial bore is located in Area of the deformation section.

Wie bereits oben erwähnt, ist die mechanische Verformung im Bereich des Verformungsabschnitts am größten. Wird die Messzelle genau in diesem Bereich des Achskörpers angeordnet, so erhöht sich die Empfindlichkeit der Kraftmesssensorik.As already mentioned above, the mechanical deformation is in Area of the deformation section largest. Is the measuring cell exactly in this area of the axle body arranged, so the sensitivity of the force measuring sensor increases.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die axiale Bohrung durch den Achskörper hindurch verläuft.Further it is preferred if the axial bore through the axle body passes through.

Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Messzelle von beiden Seiten des Achskörpers einzuführen. Ferner ermöglicht dies die Einführung einer weiteren Messzelle, ohne dass die erste Messzelle zum Ein- oder Ausbau der weiteren Messzelle ein- und ausgebaut werden muss.at In this embodiment, it is possible to use the measuring cell of to introduce both sides of the axle body. Further this allows the introduction of another Measuring cell, without the first measuring cell for installing or removing the another measuring cell must be installed and removed.

Vorzugsweise weist die axiale Bohrung axiale Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf.Preferably has the axial bore axial sections with different Diameters up.

Im Falle einer durchgehenden axialen Bohrung kann die axiale Bohrung in einem mittleren Bereich relativ zur Längsachse des Achskörpers einen geringeren Durchmesser als die Messzelle aufweisen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Messzelle nicht in den mittleren Bereich der axialen Bohrung einführbar ist. Im mittleren Bereich der axialen Bohrung finden in der Regel nur geringe mechanische Verformungen statt, so dass der mittlere Bereich des Achskörpers für die Messung von Kräften, die auf dem Biegebalkenprinzip beruht, relativ uninteressant ist.in the Trap of a continuous axial bore, the axial bore in a central region relative to the longitudinal axis of the axle body have a smaller diameter than the measuring cell. To this This ensures that the measuring cell is not in the Middle region of the axial bore is insertable. in the middle range of axial bore usually find only small mechanical deformations take place, so that the middle area of the Axle body for measuring forces that based on the bending beam principle is relatively uninteresting.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die axiale Bohrung einen Abschnitt, der zur Aufnahme der Messzelle bestimmt ist und konisch ausgebildet ist.According to one Another preferred embodiment comprises the axial Drilling a section that determines the location of the measuring cell is and conical.

Die konische Ausbildung der axialen Bohrung erlaubt, bei einem entsprechend ausgebildeten Messzellenkörper, eine flächige Verbindung zwischen dem Messzellenkörper und dem Achskörper, wenn die Messzelle in die axiale Bohrung eingeführt ist. Je stärker der Messzellenkörper in den Achskörper gepresst wird, desto besser ist die Flächenverbindung und desto besser ist somit die Kraftübertragung vom Achskörper auf die Messzelle. Dies wiederum erhöht die Empfindlichkeit sowie die Zuverlässigkeit des gesamten Kraftmesssystems.The conical design of the axial bore allowed, at a corresponding trained measuring cell body, a flat Connection between the measuring cell body and the axle body, when the measuring cell is inserted in the axial bore. ever stronger the measuring cell body in the axle body is pressed, the better the surface connection and the better is the power transmission from the axle body on the measuring cell. This in turn increases the sensitivity as well as the reliability of the entire force measuring system.

Vorzugsweise ist die Messzelle hantelförmig ausgebildet. Insbesondere weist der hantelförmige Messzellenkörper zwei Hantelköpfe und ein Brückenelement auf, wobei das Brückenelement die Hantelköpfe in axialer Richtung verbindet.Preferably the measuring cell is dumbbell-shaped. Especially the dumbbell-shaped measuring cell body has two Dumbbell heads and a bridge element, wherein the bridge element the dumbbell heads in axial Direction connects.

Die Hantelform ist ideal für das Biegebalken- oder Scherprinzip. Das Brückenelement lässt sich einfach verbiegen bzw. scheren und dient insbesondere deswegen auch als Anbringungsort für die Kraftmesssensorik. Bildhaft gesprochen stellt die hantelförmige Messzelle selbst eine Messachse dar, die wiederum in eine größere äußere Messachse axial einführbar ist.The Dumbbell shape is ideal for the bending beam or shear principle. The bridge element is easy to bend or shear, and therefore serves as a mounting location in particular for the force measuring sensor. Figuratively speaking, the dumbbell-shaped measuring cell is itself a measuring axis, which in turn into a larger outer measuring axis is axially insertable.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Messzellenkörper einstückig ausgebildet ist.When advantageous has been found when the measuring cell body is integrally formed.

Bei einstückiger Ausbildung des Messzellenkörpers lässt sich das Brückenelement zwischen den Hantelköpfen auf einfache Weise herstellen. Die Hantelköpfe können beispielsweise zylinderförmig, und bevorzugt konisch, ausgebildet sein, so dass der Messzellenkörper selbst aus Rundmaterial herstellbar ist. Rundmaterial ist kostengünstig und einfach lagerbar.at one-piece design of the measuring cell body the bridge element can be placed between the dumbbell heads in a simple way. The dumbbell heads can for example, cylindrical, and preferably conical, formed be, so that the measuring cell body itself made of round material can be produced. Round material is inexpensive and easy to store.

Alternativ können die Hantelköpfe und das Brückenelement modular ausgebildet sein. Insbesondere weisen dann die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Hantelköpfe jeweils eine Aussparung zur formschlüssigen Aufnahme des Brückenelements auf.alternative can the dumbbell heads and the bridge element be modular. In particular, then have the opposite end faces the dumbbell heads each have a recess for positive locking Recording the bridge element on.

Ist die Messzelle selbst modular aufgebaut, kann der gesamte Kraftaufnehmer aus einem beliebig variierbaren Baukastensystem gewählt werden.is the measuring cell itself modular, can the entire load cell chosen from any modular system become.

Je nach Anforderung (zum Beispiel unterschiedliche Messbereiche) können unterschiedlich stark ausgebildete Komponenten verwendet werden. Der modulartige Aufbau der Messzelle selbst ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Kraftmesssensorik mittels Sputter-Technik auf das Brückenelement aufgebracht wird. Im zusammengebauten Zustand der Hanteln lässt sich die Sputter-Technik nur schwer auf das Brückenelement anwenden, was sich schlimmstenfalls in einer nicht ausreichend homogenen Oberflächenbeschaffenheit des Brückenelements bzw. der mittels der Sputter-Technik herzustellenden Sensorik äußert.ever according to requirement (for example, different measuring ranges) different strongly trained components are used. Of the modular construction of the measuring cell itself is particularly advantageous when the force measuring sensor applied by sputtering technique on the bridge element becomes. In the assembled state of the dumbbells can be difficult to apply the sputtering technique to the bridge element, which in the worst case in a not sufficiently homogeneous surface condition of the bridge element or by means of the sputtering technique to be manufactured sensor technology.

Insbesondere wenn die Sputter-Technik zur Herstellung der Kraftmesssensorik verwendet wird, das heißt wenn Dehnungsmessleitungen atomarer Größenordnung gewünscht sind, werden bevorzugt Plättchen als Brückenelement verwendet. Die Plättchen lassen sich auf einfache Weise in entsprechende Aussparungen in den Stirnseiten der Handelköpfe einführen. Das Plättchen selbst weist eine ausreichend große Fläche auf, um die Sputter-Technik zufriedenstellend anwenden zu können.Especially when the sputtering technique is used to make the force measuring sensor that is, when strain gages are of atomic order are desired, platelets are preferred as Bridge element used. Leave the tiles in a simple way in corresponding recesses in the front pages to introduce the trading heads. The tile itself has a sufficiently large area, to be able to use the sputtering technique satisfactorily.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Brückenelement einen kreuzförmigen Querschnitt auf.According to one Another preferred embodiment, the bridge element a cross-shaped cross section.

Mit einem kreuzförmigen Querschnitt lassen sich mehrere Kraftmesssensoren auf den jeweiligen Flächen des Brückenelements anordnen. Flächen, die in ein und derselben Ebene liegen, können zur Bestimmung einer Kraftkomponente in einer ersten Richtung verwendet werden. Die Sensoren, die auf der anderen Ebene angeordnet sind, können zur Bestimmung einer zweiten Kraftkomponente verwendet werden, die um 90° zur ersten Kraftkomponente gedreht orientiert ist.With a cross-shaped cross-section can be several force measuring sensors on the respective surfaces of the bridge element Arrange. Surfaces that lie in one and the same plane can be used to determine a force component in a first direction be used. The sensors arranged on the other level can be used to determine a second force component used, which is 90 ° to the first force component turned oriented.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Brückenelement vierkantförmig und innen hohl ausgebildet ist. Mit einem vierkantförmigen Brückenelement lassen sich sowohl (richtungsabhängig) Biegekräfte als auch Scherkräfte hervorragend messen.Farther It is advantageous if the bridge element square-shaped and is hollow inside. With a square shaped Bridge element can be both (depending on the direction) Bending forces and shear forces outstanding measure up.

Für die Messung von Torsionskräften ist insbesondere die Verwendung eines zylinderförmigen Brückenelements vorteilhaft. Mit Hilfe eines Massivzylinders lassen sich hervorragend Verwindungskräfte von einer Stirnfläche her zur anderen Stirnfläche hin übertragen. In diesem Fall wird die Kraftmesssensorik an der Außenseite des Zylinders angebracht, um die mechanische Verformung des zylinderförmigen Brückenabschnitts gut detektieren zu können. Je größer der Radius des Brückenelements ist, desto geringer ist die Verwindungssteifigkeit, d. h. das Drehmoment nimmt zu.For the measurement of torsional forces is in particular the use a cylindrical bridge element advantageous. With the help of a solid cylinder can be excellent torsional forces transmitted from one end face to the other end face. In this case, the force measuring sensor will be on the outside the cylinder attached to the mechanical deformation of the cylindrical Bridge section to be able to detect well. The bigger the radius of the bridge element is the smaller the torsional stiffness, d. H. the torque increases.

Vorzugsweise ist die Messzelle (z. B. DMS) im Bereich der Mitte in axialer Richtung angeordnet, so dass auch bei Einwirkung einer Torsionskraft gar kein bzw. nur ein geringes Drehmoment übertragen wird.Preferably is the measuring cell (eg strain gauge) in the area of the center in the axial direction arranged so that even under the action of a torsional force no or only a small torque is transmitted.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Messzellen vorgesehen, die jeweils in eine axiale Bohrung einführbar sind.According to one further advantageous embodiment, two measuring cells are provided, each of which is insertable in an axial bore.

Durch das Vorsehen von zwei Messzellen ist man richtungsunabhängig, insofern dass die Messrichtung variabel durch die Positionierung eingestellt werden kann. Es ist dadurch auch möglich Messachsen in X- und Y-Messrichtung herzustellen.By the provision of two measuring cells is one independent of direction, in that the measuring direction is variable due to the positioning can be adjusted. It is therefore also possible measuring axes in the X and Y measuring direction.

Vorzugsweise sind die zwei Messzellen in zwei axiale Bohrungen einführbar, die sich von den Stirnflächen des Achskörpers in Richtung des Achsinneren konzentrisch zur Längsachse erstrecken.Preferably the two measuring cells are insertable into two axial bores, extending from the end faces of the axle body in the direction of the axle interior concentric to the longitudinal axis extend.

Alternativ können an ein und derselben Stirnfläche zwei koaxiale Bohrungen vorgesehen werden.alternative can on one and the same face two coaxial Holes are provided.

Die Verbindung zwischen dem ersten Modul, das den Achskörper umfasst, und dem zweiten Modul, das die Messzelle (mit eigenem Messzellenkörper) umfasst, erfolgt vorzugsweise kraftschlüssig. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Messzelle und Achskörper ist insofern von Vorteil, dass das Messzellenmodul einfach in das Achsmodul eingebaut werden kann, wobei geringere Anforderungen an die Genauigkeit der äußeren Kontur gestellt werden können. Die äußere Gestalt des Messzellenmoduls muss nicht mehr zwingend annähernd identisch zur Gestalt der axialen Bohrung im Achskörpermodul sein, da die Kraftübertragung (während einer Messung) nicht mehr (ausschließlich) über die Flächenverbindung, sondern über den Kraftschluss zwischen den beiden Modulen erfolgt. Ein großer Vorteil ist also darin zu sehen, dass die Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit geringer werden. Weiter wird der Einbau auch erleichtert. Gleiches gilt für Wartungen und einen Austausch des Messzellenmoduls.The connection between the first module, which comprises the axle body, and the second module, which comprises the measuring cell (with its own measuring cell body), preferably takes place in a force-locking manner. A frictional connection between the measuring cell and the axle body is advantageous in that the measuring cell module can be easily installed in the axle module, with lower demands on the accuracy of the outer contour can be made. The outer shape of the measuring cell module no longer necessarily has to be approximately identical to the shape of the axial bore in the axle module, since the force transmission (during a measurement) no longer (exclusively) over the surfaces connection, but via the adhesion between the two modules takes place. A great advantage is therefore to be seen in the fact that the requirements for manufacturing accuracy are lower. Next, the installation is also facilitated. The same applies to maintenance and replacement of the measuring cell module.

Vorzugsweise weist der Messzellenkörper mindestens einen ersten Befestigungsabschnitt sowie einen Verformungsabschnitt auf. Der Messzellenkörper kann ferner einen zweiten Befestigungsabschnitt aufweisen. Der Verformungsabschnitt ist insbesondere in axialer Richtung zwischen dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt angeordnet. Ferner trägt er das elektrische Messsystem.Preferably the measuring cell body has at least one first fastening section and a deformation section. The measuring cell body may further comprise a second attachment portion. The deformation section is in particular in the axial direction between the first and second Attachment section arranged. He also wears the electric Measurement system.

Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine einfache Implementierung des Scher- bzw. Biegebalkenprinzips.One such construction allows easy implementation the shear or bending beam principle.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Befestigungsabschnitte Bohrungen in axialer Richtung zur Aufnahme von vorzugsweise Schrauben aufweisen, wobei die Bohrungen so angeordnet sind, dass sie sich, in axialer Richtung betrachtet, nicht überdecken und in axialer Richtung gleichzeitig zugänglich sind.Further It is advantageous if the mounting holes in Have axial direction for receiving preferably screws, wherein the holes are arranged so that they are, in the axial direction considered, do not cover and in the axial direction at the same time are accessible.

Somit ist gewährleistet, dass das Messzellenmodul einfach mit dem Achskörpermodul verschraubt werden kann. Das Einsetzen der Schrauben wird dadurch vereinfacht, dass alle Bohrungen frei zugänglich sind, insbesondere gleichzeitig frei zugänglich sind. Deshalb ist es auch egal, in welcher Reihenfolge die Schrauben eingesetzt werden. Notfalls können auch nur einzelne Schrauben ausgetauscht werden. Sollte es erforderlich sein, können einzelne Schrauben auch nachgezogen werden, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Messzellenmodul und dem Achskörpermodul sicherzustellen.Consequently ensures that the measuring cell module is easy with can be screwed to the axle body module. Insertion The screws are simplified by freeing all holes are accessible, in particular at the same time freely accessible. That's why it does not matter in what order the screws are inserted become. If necessary, only individual screws can be exchanged become. Should it be necessary, individual screws can also be tightened to the non-positive connection between the measuring cell module and the axle body module.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Bohrungen im Messzellenkörper gewindefrei sind.Also it is beneficial if the holes in the measuring cell body are thread-free.

So umgeht man Probleme, die auf ein Spiel in axialer Richtung aufgrund des Gewindespiels zurückzuführen sind.So one bypasses problems that are due to a play in the axial direction the thread play are due.

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Befestigungsabschnitte im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung orientiert sind.Especially it is preferable if the attachment portions substantially are oriented perpendicular to the axial direction.

Dies erleichtert den Einbau des Messzellenmoduls in den Achskörper. Es kann in axialer Richtung unter Vermeidung von Anstellwinkeln eingebaut werden.This facilitates the installation of the measuring cell module in the axle body. It can be done in the axial direction while avoiding angles of attack to be built in.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungsabschnitte entweder parallel versetzt oder senkrecht zueinander orientiert.According to one Another preferred embodiment, the fastening portions either offset parallel or oriented perpendicular to each other.

Auch diese Maßnahme ermöglicht es, dass die verschiedenen Schrauben jederzeit zugänglich sind und einzeln ausgetauscht werden können. Bei Sicherung über Kreuz lassen sich auch Torsionskräfte gut übertragen. Eine gute verteilte Anordnung der Schrauben ist von Vorteil.Also this measure allows the different Screws are accessible at all times and replaced individually can be. When securing, leave crosswise Torsional forces transfer well. A good distributed arrangement of the screws is an advantage.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Verformungsabschnitt plättchenförmig ausgebildet. Er weist insbesondere eine geringere Stärke als die Befestigungsabschnitte auf.According to one In another embodiment, the deformation section is platelet-shaped educated. He has in particular a lower strength as the attachment sections.

Diese Maßnahme erhöht die Empfindlichkeit des Gesamtmesssystems.These Measure increases the sensitivity of the overall measuring system.

Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Form bzw. Gestalt der axialen Bohrung des Achskörpers so gewählt ist, dass das zweite Modul von außen eingeführt werden kann, wobei die Form der axialen Bohrung des Achskörpers so gewählt ist, dass zumindest einer der Befestigungsabschnitte formschlüssig aufgenommen wird.Further it is preferred if a shape or shape of the axial bore of the axle body is chosen so that the second Module can be inserted from the outside, where the shape of the axial bore of the axle body so chosen is that at least one of the fastening portions form fit is recorded.

Insbesondere wird auch der andere Befestigungsabschnitt zumindest teilweise formschlüssig aufgenommen.Especially The other attachment portion is at least partially positively received.

Bei dieser Ausgestaltung kommt es zu einer Kraftübertragung sowohl aufgrund eines Formschlusses als auch eines Kraftschlusses, so dass jederzeit gewährleistet ist, dass das elektrische Messsystem auch tatsächlich ein Signal erzeugt, das durch eine Verformung des Gesamtsystems hervorgerufen wird.at This configuration results in a power transmission both due to a form fit and a frictional connection, so that it is guaranteed at all times that the electric Measurement system also actually generates a signal through a deformation of the entire system is caused.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the explained in more detail below description. It demonstrate:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messachse, die in Längsrichtung geschnitten dargestellt ist; 1 a perspective view of a measuring axis according to the invention, which is shown in section in the longitudinal direction;

2A–C verschiedene Darstellungen einer Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung; 2A -C different representations of a measuring cell according to the present invention;

3A–C verschiedene Ausgestaltungen eines Brückenelements einer Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung; 3A -C various embodiments of a bridge element of a measuring cell according to the present invention;

4 eine Schnittansicht eines Achskörpers mit konisch ausgestalteter axialer Bohrung und konischer Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a sectional view of an axle body with conical axial bore and conical measuring cell according to the present invention;

5 eine perspektivische Ansicht einer Messachse gemäß dem Stand der Technik; 5 a perspective view of a measuring axis according to the prior art;

6A–D eine Vorderansicht, Seitenansicht, Draufsicht bzw. perspektivische Ansicht einer abgewandelten Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung; 6A D is a front view, side view, plan view and perspective view of a modified measuring cell according to the present invention;

7A–D eine Vorderansicht, Seitenansicht, Draufsicht bzw. perspektivische Ansicht einer weiteren abgewandelten Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung; und 7A D is a front view, side view, plan view and perspective view of another modified measuring cell according to the present invention; and

8A–D eine Vorderansicht, Seitenansicht, Draufsicht bzw. perspektivische Ansicht einer noch weiter abgewandelten Messzelle gemäß der vorliegenden Erfindung. 8A D is a front view, side view, plan view and perspective view of a still further modified measuring cell according to the present invention.

In den nachfolgenden Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.In the following figures are the same elements with the same reference numerals be designated.

In 1 ist eine Messachse bzw. ein Kraftaufnehmersystem 10 in perspektivischer Ansicht dargestellt.In 1 is a measuring axis or a force transducer system 10 shown in perspective view.

Die Messachse 10 weist einen Messachsenkörper 12 mit einer konzentrischen axialen Bohrung 14 auf. Die axiale Bohrung 14 erstreckt sich entlang einer Längsachse 16.The measuring axis 10 has a measuring axis body 12 with a concentric axial bore 14 on. The axial bore 14 extends along a longitudinal axis 16 ,

Der Messachsenkörper 12 umfasst des Weiteren einen Krafteinleitungsabschnitt 18, auf den gewöhnlicherweise eine mit einem Pfeil 20 symbolisierte Kraft im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 16 auf die Messachse 10 wirkt. An den Kraftein leitungsabschnitt 18 schließen sich Verformungsabschnitte 22 an. Der Achskörper 12 ist dort in umfängliche Richtung 24 weniger stark ausgebildet als im Krafteinleitungsbereich 18. Der Achskörper 12 kann zum Beispiel aus Rundmaterial hergestellt werden, in das rundumlaufende Nuten 25 gefräst oder gedreht werden, um die Verformungsabschnitte 22 auszubilden.The measuring axis body 12 further comprises a force introduction section 18 , usually one with an arrow 20 symbolized force substantially perpendicular to the longitudinal axis 16 on the measuring axis 10 acts. At the force introduction line section 18 close deformation sections 22 at. The axle body 12 is there in the circumferential direction 24 Less trained than in the force application area 18 , The axle body 12 can be made of round material, for example, in the circumferential grooves 25 Milled or turned to the deformation sections 22 train.

An die Verformungsabschnitte 22 wiederum schließen sich Lagerabschnitte 28 an, die zur Aufnahme in entsprechend ausgebildeten Halteelementen, wie sie exemplarisch in 5 bereits dargestellt sind, geeignet sind.At the deformation sections 22 again, bearing sections close 28 at, for receiving in correspondingly formed holding elements, as exemplified in 5 already shown, are suitable.

Es ist festzustellen, dass die Messachse 10 mit jeweils mindestens einem Verformungsabschnitt 22 und mindestens einem Lagerabschnitt 28 ausgebildet ist.It should be noted that the measuring axis 10 each with at least one deformation section 22 and at least one storage section 28 is trained.

Was die axiale Bohrung 14 betrifft, so kann deren Durchmesser im Lagerabschnitt 28 in Richtung der äußeren Stirnseiten der Messachse 10 stufenartig oder kontinuierlich variieren. Im Bereich der Verformungsabschnitte 22 und des Krafteinleitungsabschnitts 16 weist der Durchmesser üblicherweise einen konstanten Wert auf. Der Durchmesser entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser einer Messzelle 30, die einen Messzellenkörper 32 umfasst. Auf die Form des Messzellenkörpers 32 wird in Zusammenhang mit 2A bis 2C noch detailliert Bezug genommen.What the axial bore 14 relates, so their diameter in the bearing section 28 in the direction of the outer end faces of the measuring axis 10 vary stepwise or continuously. In the area of the deformation sections 22 and the force introduction section 16 The diameter usually has a constant value. The diameter corresponds essentially to the diameter of a measuring cell 30 containing a measuring cell body 32 includes. On the shape of the measuring cell body 32 is related to 2A to 2C still referred to in detail.

Im Bereich der inneren axialen Bohrung 14 ist diese bei der Ausgestaltung gemäß der 1 in drei Abschnitte unterteilt. Die axiale Bohrung 14 weist zwei Messzellenabschnitte 34 sowie einen Mittelabschnitt 36 auf. Der Durchmesser der Messzellenabschnitte 34 entspricht dabei, wie bereits oben erwähnt, nahezu dem Durchmesser der Messzelle. Der Durchmesser des Mittelabschnitts 36 kann wiederum variieren. Vorzugsweise nimmt der Durchmesser im Mittelabschnitt 36 nochmals ab, so dass sich eine Stufe im Mittelabschnitt 36 ausbildet, die als mechanischer Anschlag für die Messzellen 30 dient.In the area of the inner axial bore 14 this is in the embodiment according to the 1 divided into three sections. The axial bore 14 has two measuring cell sections 34 and a middle section 36 on. The diameter of the measuring cell sections 34 corresponds, as already mentioned above, almost the diameter of the measuring cell. The diameter of the middle section 36 may vary again. Preferably, the diameter decreases in the middle section 36 again, leaving a step in the middle section 36 which acts as a mechanical stop for the measuring cells 30 serves.

Bezug nehmend auf 2A–C ist eine weitere Ausführungsform einer Messzelle 30' gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. 2A zeigt eine Schnittansicht, ähnlich zu dem in 1 dargestellten Schnitt. 2B zeigt eine Draufsicht auf ein mittleres Element der Messzelle 30'. 2C zeigt eine Vorderansicht einer Stirnseite der Messzelle 30' entlang der Längsachse 16.Referring to 2A -C is another embodiment of a measuring cell 30 ' represented according to the present invention. 2A shows a sectional view similar to that in FIG 1 illustrated section. 2 B shows a plan view of a central element of the measuring cell 30 ' , 2C shows a front view of a front side of the measuring cell 30 ' along the longitudinal axis 16 ,

In 2A ist in der seitlichen Schnittansicht links ein Hantelkopf 40 und rechts ein Hantelkopf 42 dargestellt. Die beiden Hantelköpfe 40 und 42 werden mittels eines Brückenelements 44 miteinander verbunden. Die Messzelle 30' kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. Bei der Ausgestaltung gemäß der 2A ist ein mehrteiliger Aufbau gezeigt.In 2A is in the lateral sectional view on the left a dumbbell head 40 and a dumbbell head on the right 42 shown. The two dumbbell heads 40 and 42 be by means of a bridge element 44 connected with each other. The measuring cell 30 ' can be formed both one-piece and multi-part. In the embodiment according to the 2A is shown a multi-part construction.

In sich gegenüberliegenden Stirnflächen 46 und 48 der Hantelköpfe 40 bzw. 42 sind entsprechende Aussparungen 50 (vgl. auch 2C) dargestellt, die zur Aufnahme des plättchenförmigen Brückenelements 44 geeignet sind.In opposite faces 46 and 48 the dumbbell heads 40 respectively. 42 are corresponding recesses 50 (see also 2C ) shown for receiving the plate-like bridge element 44 are suitable.

Das plättchenförmige Element 44 ist in 2B in Draufsicht schematisch dargestellt. In einem mittleren Bereich 52 des Brückenelements 44 ist ein Kraftmesssensor 54 angeordnet. Der Kraftmesssensor 54 wird hier durch zwei Folien-DMS 56 und 58 realisiert. Aus Gründen der Redundanz sind zwei DMS vorgesehen. Ein DMS (Vollbrücke) würde jedoch ausreichen.The platelet-shaped element 44 is in 2 B shown schematically in plan view. In a middle area 52 of the bridge element 44 is a force measuring sensor 54 arranged. The force measuring sensor 54 is here by two slide DMS 56 and 58 realized. For reasons of redundancy, two strain gauges are provided. A DMS (full bridge) would be sufficient.

Der mehrteilige Aufbau der Messzelle 30' hat den Vorteil, dass das plättchenförmige Brückenelement 44 nicht nur mit Folien-DMS 56 und 58 beklebt werden kann, sondern dass auch Sputter-Techniken angewendet werden können. Die Fläche des plättchenförmigen Brückenelements 44 ist ausreichend groß, um einen Ionenstrahl bei der Sputter-Technik präzise führen zu können, damit eine homogene Verteilung auf der Oberfläche erzielt wird, die bei einer einstückig ausgebildeten Messzelle nicht erreichbar wäre, da unter Umständen die Hantelköpfe 40 und 42 im Weg wären. Alternativ könnten gesputterte Zellen auch aufgeschweißt werden.The multi-part structure of the measuring cell 30 ' has the advantage that the platelet-shaped bridge element 44 not only with foil DMS 56 and 58 can be pasted, but that also sputtering techniques can be applied. The area of the plat chenförmigen bridge element 44 is sufficiently large to accurately guide an ion beam in the sputtering technique, so that a homogeneous distribution on the surface is achieved, which would not be achievable with a one-piece measuring cell, as may the dumbbell heads 40 and 42 in the way. Alternatively, sputtered cells could also be welded on.

Zurückkehrend zur 2A können die Hantelköpfe 40 und 42 zusätzlich auch mit Rillen bzw. Vertiefungen 60 versehen sein, die sich in Umfangsrichtung 24 erstrecken. Die Rillen 60 dienen u. a. zur Aufnahme von O-Ringen 62. Ferner kann Klebstoff in die Rillen 60 eingefügt werden, um die Messzelle 30' mit dem Achskörper 12 zu verkleben. Auf diese Weise erhält man eine sichere Fixierung der Messzelle 30' im Achskörper 12. Die O-Ringe 62 dichten dann die Messzelle gegenüber der Außenwelt ab. Die Messzelle ist dann vor äußeren Einflüssen geschützt.Returning to 2A can the dumbbell heads 40 and 42 additionally with grooves or depressions 60 be provided, extending in the circumferential direction 24 extend. The grooves 60 serve, among other things, to accommodate O-rings 62 , Furthermore, glue can get into the grooves 60 be inserted to the measuring cell 30 ' with the axle body 12 to stick together. In this way you get a secure fixation of the measuring cell 30 ' in the axle body 12 , The O-rings 62 seal the measuring cell to the outside world. The measuring cell is then protected against external influences.

In den 3A bis 3C sind weitere Querschnittsformen für das Brückenelement 44 gezeigt. So zeigt 3A einen kreuzförmigen Querschnitt, 3B einen (massiven) kreisförmigen Querschnitt und 3C einen vierkantförmigen Querschnitt, der innen hohl ist. Die Kraftmesssensorik lässt sich an den jeweiligen Außenflächen anbringen.In the 3A to 3C are further cross-sectional shapes for the bridge element 44 shown. So shows 3A a cross-shaped cross section, 3B a (massive) circular cross section and 3C a square-shaped cross section, which is hollow inside. The force measuring sensor can be attached to the respective outer surfaces.

Die massive zylindrische Form des Brückenelements 44 der 3B hat sich insbesondere bei der Messung von Scherkräften als vorteilhaft herausgestellt.The massive cylindrical shape of the bridge element 44 of the 3B has been found to be advantageous especially in the measurement of shear forces.

4 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie eine Messzelle 30'' gemäß der vorliegenden Erfindung zuverlässig mit einem Achskörper 12'' verbunden werden kann. 4 shows another possibility, such as a measuring cell 30 '' according to the present invention reliably with an axle body 12 '' can be connected.

4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Längsachse 16. Die Messzelle 30'' ist in die axiale Bohrung 14'' eingeführt. Die axiale Bohrung 14'' ist im Messzellenabschnitt 34'' konisch ausgebildet. Um dies besser grafisch darstellbar machen zu können, ist eine Hilfslinie 70 eingezeichnet, die den „normalen” Verlauf einer zylindrischen Axialbohrung zeigt (vgl. 1). 4 shows a sectional view along the longitudinal axis 16 , The measuring cell 30 '' is in the axial bore 14 '' introduced. The axial bore 14 '' is in the measuring cell section 34 '' conical. To make this better graphically representable, is an auxiliary line 70 drawn, showing the "normal" course of a cylindrical axial bore (see. 1 ).

Damit die Messzelle 30'' in die axiale Bohrung 14'' einführbar ist, sind die Hantelköpfe 40'' und 42'' ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet.So that the measuring cell 30 '' in the axial bore 14 '' is insertable, are the dumbbell heads 40 '' and 42 '' also designed according to conical.

An den Messzellenabschnitt 34 der axialen Bohrung 14'' schließt sich ein Gewindeabschnitt 72 mit einem Gewinde 74 an. Der Gewindeabschnitt 72 dient zur Aufnah me eines Sperrkörpers 76, der außenumfänglich ebenfalls mit einem entsprechenden Gewinde 78 versehen ist.To the measuring cell section 34 the axial bore 14 '' closes a threaded section 72 with a thread 74 at. The threaded section 72 serves to Aufnah me a locking body 76 , the outer circumference also with a corresponding thread 78 is provided.

Mit Hilfe des Sperrkörpers 76 lässt sich die Messzelle 30'' auf einfache Weise ins Innere der axialen Bohrung 14 pressen. Ferner ist die Messzelle 30'' gegen ein Herausfallen gesichert.With the help of the lock body 76 lets the measuring cell 30 '' in a simple way into the interior of the axial bore 14 press. Furthermore, the measuring cell 30 '' secured against falling out.

Um die Verdrahtung einer Kraftmesssensorik 54 durchführen zu können, weisen sowohl der Sperrkörper 76 als auch die Messzelle 30'' vorzugsweise entsprechende Durchführungen 80 bzw. 82 auf.To the wiring of a force measuring sensor 54 To carry out, both have the blocking body 76 as well as the measuring cell 30 '' preferably corresponding bushings 80 respectively. 82 on.

Es versteht sich, dass man die Messzelle auch auf andere Art und Weise mit dem Achskörper verbinden kann. Die Messzelle könnte beispielsweise auch mit dem Achskörper verschweißt werden. Der Sperrkörper wäre dann überflüssig. Die Schweißnaht würde die Messzelle sichern.It It goes without saying that the measuring cell can also be changed in other ways can connect to the axle body. The measuring cell could For example, welded to the axle body become. The blocking body would then be superfluous. The weld would secure the measuring cell.

Ferner kann das erfindungsgemäße modulare Kraftaufnehmersystem auch Anwendung bei Kraftmessdosen bzw. -ringen, Messlaschen und ähnlichen Kraftmesssystemen finden.Further can the modular force transducer system according to the invention Also for use with load cells or measuring rings, measuring straps and similar Find force measuring systems.

Nachfolgend werden Abwandlungen der Messzelle beschrieben werden, wobei am modularen Gedanken festgehalten wird, d. h. die Messzelle wird weiterhin außerhalb der Messachse präpariert (Verklebung, Verdrahtung, etc.) und anschließend in den Achskörper eingeführt, um das Gesamtsystem zu vervollständigen.following modifications of the measuring cell will be described, taking into account the modular idea is held, d. H. the measuring cell will continue to be outside the measuring axis prepared (gluing, wiring, etc.) and then inserted into the axle body, to complete the overall system.

Abweichend von dem bisher vorgeschlagenen Lösungsweg, das erste Modul (Messachsenkörper) formschlüssig mit dem zweiten Modul (Messzelle) zu verbinden, werden nachfolgend verschiedene Messzellentypen im Zusammenhang mit den 6 bis 8 erläutert werden. Es versteht sich, dass die axiale Bohrung 14 im Achskörper 12 – was ihre Gestalt betrifft – entsprechend abgewandelt wird. Eine Abwandlung der Ausgestaltung der axialen Bohrung 14 des Achskörpers 12 ist nachfolgend nicht graphisch dargestellt, jedoch für einen Fachmann ohne weiteres aufgrund der bisher vorliegenden Beschreibung nachvollziehbar.Deviating from the previously proposed solution, the first module (measuring axis body) positively to connect to the second module (measuring cell), below different types of measuring cells in connection with the 6 to 8th be explained. It is understood that the axial bore 14 in the axle body 12 - As far as their shape is concerned - modified accordingly. A modification of the embodiment of the axial bore 14 of the axle body 12 is not graphically illustrated below, however, for a person skilled readily understandable due to the description available so far.

6A zeigt eine Vorderansicht einer ersten abgewandelten Messzelle 100 zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Messachsenkörper 12. 6B zeigt eine Seitenansicht der 6A. 6C zeigt eine Draufsicht auf die erste Abwandlung gemäß den 6A und 6B. 6B zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Abwandlung der Messzelle 100. 6A shows a front view of a first modified measuring cell 100 for frictional connection with the measuring axis body 12 , 6B shows a side view of 6A , 6C shows a plan view of the first modification according to the 6A and 6B , 6B shows a perspective view of the first modification of the measuring cell 100 ,

Die Messzelle 100 umfasst einen Messzellenkörper 101. Der Messzellenkörper 101 weist einen Verformungsabschnitt 102 sowie einen ersten Befestigungsabschnitt 104 und einen zweiten Befestigungsabschnitt 106 auf. Der Verformungsabschnitt 102 ist zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 104 und dem zweiten Befestigungsabschnitt 106 angeordnet. Auch hier ist die lichte Länge des Verformungsabschnittes 102 (vgl. lichte Länge des Brückenelements 44 der 2) vorzugsweise so lang wie die axiale Länge des Verformungsabschnitts 22 des Messachsenkörpers 12 (vgl. z. B. 4). Auch hier kann der Messzellenkörper 101 einstückig oder mehrteilig aufgebaut sein. Der Verformungsabschnitt trägt das elektrische Messsystem, wie in den 6A und 6B durch exemplarische Folien-DMS 56 angedeutet.The measuring cell 100 includes a measuring cell body 101 , The measuring cell body 101 has a deformation section 102 and a first attachment portion 104 and a second attachment portion 106 on. The deformation section 102 is between the first attachment portion 104 and the second attachment portion 106 arranged. Again, the clear length of the deformation section 102 (compare clear length of Brü ckenelements 44 of the 2 ) preferably as long as the axial length of the deformation section 22 of the measuring axis body 12 (see eg. 4 ). Again, the measuring cell body 101 be constructed in one piece or multiple parts. The deformation section carries the electrical measuring system, as in the 6A and 6B through exemplary slide-DMS 56 indicated.

In 6B ist die axiale Richtung mittels eines Pfeils 130 angedeutet. Die Messzelle 100 wird in Richtung des Pfeils 130 in axialer Richtung in den Messzellenkörper 12 eingebaut (vgl. 1). Der Pfeil 130 ist dabei parallel zur Längsachse 16 der 1 orientiert.In 6B is the axial direction by means of an arrow 130 indicated. The measuring cell 100 will be in the direction of the arrow 130 in the axial direction in the measuring cell body 12 installed (see. 1 ). The arrow 130 is parallel to the longitudinal axis 16 of the 1 oriented.

Die Messzelle 100 der 6 umfasst eine Vielzahl von in axialer Richtung verlaufenden Bohrungen 108 (vgl. 6C und 6D). Diese sind vorzugsweise gewindefrei. Durch die Bohrungen bzw. Öffnungen 108 laufen – im eingebauten Zustand der Messzelle 100 – beispielsweise Schrauben, die in entsprechende Öffnungen im Messachsenkörper eingreifen (nicht dargestellt). Dazu weist auch der Messachsenkörper 12 entsprechende Gewindebohrungen auf.The measuring cell 100 of the 6 includes a plurality of axially extending bores 108 (see. 6C and 6D ). These are preferably thread-free. Through the holes or openings 108 run - in the installed state of the measuring cell 100 - For example, screws which engage in corresponding openings in the measuring axis body (not shown). This is also indicated by the measuring axis body 12 corresponding threaded holes on.

Im ersten Befestigungsabschnitt 104 sind exemplarisch vier Bohrungen 108 vorgesehen. Im zweiten Befestigungsabschnitt 106 sind hier zwei Bohrungen 108 vorgesehen. Die Bohrungen 108 des ersten Befestigungsabschnittes 104 sind im Wesentlichen entlang Parallelen zu einer Hilfslinie 103 orientiert. Die Bohrungen 108 des zweiten Befestigungsabschnittes 106 sind entlang einer Hilfslinie 105 angeordnet. Die Hilfslinie 105 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Hilfslinie 103 (vgl. 6D). Die Hilfslinien 103 und 105 wiederum stehen vorzugsweise senkrecht auf der Längsachse 16 (vgl. 1) bzw. dem senkrechten Pfeil 130.In the first attachment section 104 are exemplary four holes 108 intended. In the second attachment section 106 here are two holes 108 intended. The holes 108 of the first attachment portion 104 are essentially along parallels to an auxiliary line 103 oriented. The holes 108 the second attachment portion 106 are along an auxiliary line 105 arranged. The guide 105 runs essentially perpendicular to the auxiliary line 103 (see. 6D ). The guides 103 and 105 in turn, are preferably perpendicular to the longitudinal axis 16 (see. 1 ) or the vertical arrow 130 ,

In 6D erkennt man deutlich, dass der erste Befestigungsabschnitt 104 wesentlich breiter ausgebildet ist (nahezu doppelt so breit) wie der zweite Befestigungsabschnitt 106. Dies hat den einfachen Grund, um eine größere Fläche zum Vorsehen von mehreren Bohrungen 108 bereitzustellen. In der Draufsicht der 6C ist deutlich zu erkennen, dass alle Bohrungen 108 gleichzeitig zugänglich sind, so dass bei einem Einbau der Messzelle 100 in einen Messachsenkörper alle Schrauben gut zugänglich sind. Es versteht sich, dass die Kontur der axialen Bohrung 14 (vgl. 1) entsprechend an die Form der Befestigungsabschnitte 104 und 106 angepasst ist.In 6D one recognizes clearly that the first attachment section 104 is formed substantially wider (almost twice as wide) as the second attachment portion 106 , This has the simple reason of having a larger area for providing multiple holes 108 provide. In the plan view of 6C is clear that all holes 108 are simultaneously accessible, so that when installing the measuring cell 100 in a measuring axis body all screws are easily accessible. It is understood that the contour of the axial bore 14 (see. 1 ) according to the shape of the attachment sections 104 and 106 is adjusted.

Die Form der axialen Bohrung 14 ist für den Befestigungsabschnitt 106 vorzugsweise so gewählt, dass dieser formschlüssig aufgenommen wird. Der Verformungsabschnitt 102 ist im eingebauten Zustand vorzugsweise vollständig im Bereich des Verformungsabschnitts 22 der Messachse angeordnet. Die axiale Bohrung 14 hat im Bereich des Verformungsabschnitts 102 mindestens die Breite desselben, so dass der Verformungsabschnitt 102 vorzugsweise nicht mit dem Messachsenkörper 12 in Berührung steht. Dazu kann der Verformungsabschnitt 102 entsprechende seitliche Ausnehmungen aufweisen, wie es exemplarisch in der 6A angedeutet ist.The shape of the axial bore 14 is for the attachment section 106 preferably chosen so that this is received positively. The deformation section 102 is preferably completely in the installed state in the region of the deformation section 22 arranged the measuring axis. The axial bore 14 has in the area of the deformation section 102 at least the width thereof, so that the deformation section 102 preferably not with the measuring axis body 12 in contact. For this purpose, the deformation section 102 have corresponding lateral recesses, as exemplified in the 6A is indicated.

Der Durchmesser der Bohrung 14 nimmt dann – je weiter man axial nach außen geht – weiter zu, um beim Einführen der Messzelle 100 einen Anschlag für den ersten Befestigungsabschnitt 104 zu bilden. In diesem Bereich sind ebenfalls Bohrungen im Messachsenkörper 12 vorzusehen, die deckungsgleich mit den Bohrungen 108 der Messzelle 100 sind, um die Messzelle 100 mit dem Messachsenkörper 12 kraftschlüs sig verschrauben zu können. Es versteht sich, dass auch andere kraftschlüssige Befestigungsarten (z. B. Nieten) gewählt werden könnten.The diameter of the hole 14 Then, the further you go axially outwards, you continue to increase when inserting the measuring cell 100 a stop for the first attachment portion 104 to build. In this area are also holes in the measuring axis body 12 be provided, the congruent with the holes 108 the measuring cell 100 are to the measuring cell 100 with the measuring axis body 12 be able to screw together forcefully. It is understood that other non-positive fastening types (eg rivets) could be selected.

7A bis 7D zeigt eine weitere Abwandlung der Messzelle 110, die ganz ähnlich zu der Messzelle 100 der 6 aufgebaut ist. Im Nachfolgenden werden deshalb nur noch die Unterschiede detaillierter erläutert werden. 7A to 7D shows a further modification of the measuring cell 110 that is very similar to the measuring cell 100 of the 6 is constructed. In the following, therefore, only the differences will be explained in more detail.

Die Messzelle 110 der 7 weist einen Messzellenkörper 111 auf. Ferner umfasst sie einen Verformungsabschnitt 112 sowie einen ersten Befestigungsabschnitt 114 und einen zweiten Befestigungsabschnitt 116. Auch sind Bohrungen 118 vorgesehen.The measuring cell 110 of the 7 has a measuring cell body 111 on. Furthermore, it comprises a deformation section 112 and a first attachment portion 114 and a second attachment portion 116 , Also are holes 118 intended.

Der erste Befestigungsabschnitt 114 unterscheidet sich vom ersten Befestigungsabschnitt 104 der 6 dadurch, dass lediglich zwei Bohrungen 118 (anstatt vier Bohrungen 108) vorgesehen sind. Dafür wurde der Durchmesser der Bohrungen im Bereich des ersten Befestigungsabschnitts 114 vergrößert. Die axiale Bohrung 14 im Messachsenkörper 12 kann so gestaltet sein, dass auch der erste Befestigungsabschnitt 114 formschlüssig aufgenommen wird. Dies bedeutet, dass zusätzlich zur kraftschlüssigen Kraftübertragung die formschlüssige Kraftübertragung hinzutritt. Dies resultiert in einer besseren Gesamtkraftübertragung.The first attachment section 114 differs from the first attachment section 104 of the 6 in that only two holes 118 (instead of four holes 108 ) are provided. For this, the diameter of the holes in the region of the first attachment section 114 increased. The axial bore 14 in the measuring axis body 12 can be designed so that the first attachment section 114 is recorded positively. This means that in addition to the non-positive power transmission, the positive power transmission is added. This results in a better overall power transmission.

8 zeigt eine weitere Messzelle 120 ähnlich den Messzellen der 6 und 7. 8th shows another measuring cell 120 similar to the measuring cells of the 6 and 7 ,

Die Messzelle 120 mit Messzellenkörper 121 in 8 weist ebenfalls einen Verformungsabschnitt 122 sowie Befestigungsabschnitte 124 und 126 auf. Beide Verformungsabschnitte 124 und 126 sind mit Bohrungen 128 durchsetzt. Die Bohrungen 128 sind jedoch entlang parallelen Hilfslinien 123 und 125 orientiert. Bei den beiden vorhergehenden Messzellen 100 und 110 waren die Hilfslinien senkrecht zueinander orientiert.The measuring cell 120 with measuring cell body 121 in 8th also has a deformation section 122 as well as attachment sections 124 and 126 on. Both deformation sections 124 and 126 are with holes 128 interspersed. The holes 128 however, are along parallel guides 123 and 125 oriented. For the two previous measuring cells 100 and 110 the guides were oriented perpendicular to each other.

Die Messzelle 120 baut in einer vorbestimmten Raumrichtung wesentlich kleiner als die Messzellen 100 und 110. Dieser ”eingesparte Raum” kann zur Durchführung von Drähten verwendet werden.The measuring cell 120 builds in a predetermined spatial direction substantially smaller than the measuring cells 100 and 110 , This "saved space" can be used to carry wires.

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• - DE 10302349 [0002] - DE 10302349 [0002]

Claims (12)

Modulares Kraftaufnehmersystem (10) zum Messen von Kräften (20), die im Wesentlichen quer auf eine Achse (16), insbesondere eine Messachse, wirken, mit: einem ersten Modul, das einen Achskörper (12) umfasst, der sich entlang einer Längsachse (16) erstreckt, wobei der Achskörper (12) einen Krafteinleitungsabschnitt (18), mindestens einen Lagerabschnitt (28) und mindestens einen Verformungsabschnitt (22) aufweist; und einem zweiten Modul, das eine Messzelle (100; 110; 120) mit einem Messzellenkörper (101; 111; 121) umfasst, wobei der Messzellenkörper (101; 111; 121) mit einem elektrischen Messsystem (54) verbunden ist, wobei das zweite Modul in eine axiale Bohrung (14) des ersten Moduls einführbar ist und derart kraftschlüssig oder formschlüssig mit dem ersten Modul verbindbar ist, dass bei einer durch äußere Krafteinwirkung hervorgerufenen Verformung des Verformungsabschnitts (22) eine Verformung des Messzellenkörpers (101; 111; 121) hervorgerufen wird, die in Form eines entsprechenden elektrischen Signals durch das elektrische Messsystem (54) ausgegeben wird.Modular force transducer system ( 10 ) for measuring forces ( 20 ) substantially transverse to one axis ( 16 ), in particular a measuring axis, having: a first module having an axle body ( 12 ) extending along a longitudinal axis ( 16 ), wherein the axle body ( 12 ) a force introduction section ( 18 ), at least one storage section ( 28 ) and at least one deformation section ( 22 ) having; and a second module containing a measuring cell ( 100 ; 110 ; 120 ) with a measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ), wherein the measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ) with an electrical measuring system ( 54 ), the second module being in an axial bore ( 14 ) of the first module is insertable and is positively or positively connected to the first module such that when a caused by external force deformation of the deformation section ( 22 ) a deformation of the measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ) caused in the form of a corresponding electrical signal by the electrical measuring system ( 54 ) is output. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Messzellenkörper (101; 111; 121) einen ersten Befestigungsabschnitt (104; 114; 124), einen zweiten Befestigungsabschnitt (106; 116; 126) und einen Verformungsabschnitt (102; 112; 122) aufweist, wobei der Verformungsabschnitt (102; 112; 122) in axialer Richtung (130) zwischen dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt angeordnet ist und das elektrische Messsystem trägt.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 1, wherein the measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ) a first attachment portion ( 104 ; 114 ; 124 ), a second attachment portion ( 106 ; 116 ; 126 ) and a deformation section ( 102 ; 112 ; 122 ), wherein the deformation section ( 102 ; 112 ; 122 ) in the axial direction ( 130 ) is disposed between the first and second mounting portion and carries the electrical measuring system. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 2, wobei die Befestigungsabschnitte Bohrungen (108; 118; 128) in axialer Richtung (130) zur Aufnahme von vorzugsweise Schrauben aufweisen, wobei die Bohrungen (108; 118; 128) so angeordnet sind, dass sie sich aus axialer Richtung (130) betrachtet nicht überdecken und in axialer Richtung gleichzeitig zugänglich sind.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 2, wherein the attachment sections bores ( 108 ; 118 ; 128 ) in the axial direction ( 130 ) for receiving preferably screws, wherein the bores ( 108 ; 118 ; 128 ) are arranged so that they extend from the axial direction ( 130 ) viewed are not covered and simultaneously accessible in the axial direction. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 3, wobei die Bohrungen (108; 118; 128) im Messzellenkörper (101; 111; 121) gewindefrei sind.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 3, wherein the bores ( 108 ; 118 ; 128 ) in the measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ) are thread-free. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsabschnitte (104, 106; 114, 116; 124, 126) im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung (130) orientiert sind.Modular force transducer system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the fastening sections ( 104 . 106 ; 114 . 116 ; 124 . 126 ) substantially perpendicular to the axial direction ( 130 ) are oriented. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (104, 106; 114, 116; 124, 126) entweder parallel versetzt oder senkrecht zueinander orientiert sind.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the fastening sections ( 104 . 106 ; 114 . 116 ; 124 . 126 ) are either offset in parallel or oriented perpendicular to each other. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verformungsabschnitt (102; 112; 122) plättchenförmig ausgebildet ist.Modular force transducer system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the deformation section ( 102 ; 112 ; 122 ) is formed platelet-shaped. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 7, wobei der Verformungsabschnitt (102; 112; 122) eine geringere Stärke als die Befestigungsabschnitte (104, 106; 114, 116; 124, 126) aufweist.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 7, wherein the deformation section ( 102 ; 112 ; 122 ) a smaller thickness than the attachment sections ( 104 . 106 ; 114 . 116 ; 124 . 126 ) having. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Form der axialen Bohrung (14) des Achskörpers (12) so gewählt ist, dass das zweite Modul von außen eingeführt werden kann, und dass zumindest einer der Befestigungsabschnitte (106; 116; 126) dort formschlüssig aufgenommen wird.Modular force transducer system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a shape of the axial bore ( 14 ) of the axle body ( 12 ) is selected so that the second module can be inserted from the outside, and that at least one of the fastening portions ( 106 ; 116 ; 126 ) is recorded there positively. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 9, wobei der andere Befestigungsabschnitt (104; 114; 124) zumindest teilweise formschlüssig aufgenommen wird.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 9, wherein the other attachment portion ( 104 ; 114 ; 124 ) is received at least partially positive fit. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Bohrung (14) im Achskörper (12) so ausgebildet ist, dass der Verformungsabschnitt (102; 112; 122) des Messzellenkörpers (101; 111; 121) im eingebauten Zustand im Wesentlichen im Verformungsabschnitt (22) des Achskörpers (12) liegt.Modular force transducer system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the axial bore ( 14 ) in the axle body ( 12 ) is formed so that the deformation section ( 102 ; 112 ; 122 ) of the measuring cell body ( 101 ; 111 ; 121 ) in the installed state substantially in the deformation section ( 22 ) of the axle body ( 12 ) lies. Modulares Kraftaufnehmersystem (10) nach Anspruch 11, wobei die Verformungsabschnitte (22, 102; 22, 112; 22, 122) in axialer Richtung im Wesentlichen gleich lang sind.Modular force transducer system ( 10 ) according to claim 11, wherein the deformation sections ( 22 . 102 ; 22 . 112 ; 22 . 122 ) are substantially the same length in the axial direction.