DE202009018421U1 - Force transducer for supporting elements - Google Patents

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Abstract

Mit einem Arbeitszylinder koppelbarer Kraftaufnehmer (10; 10'; 10'') zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften (F), die durch den Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften, ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer (10) einen axial orientierten Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmigen, zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne eines Abstütztellers ausgebildeten, Abschnitt (12) und einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildten Flanschabschnitt (14) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (14) angepasst ist, mit einem Kolben (20) des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei eine, insbesondere dem Kolben (20) zugewandte, Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts (14), die sich an einen Übergangsbereich (16) zwischen dem Flanschabschnitt (14) und dem kugelförmigen Abschnitt (12) anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems (30) angepasst ist.Force transducer (10, 10 ', 10 ") which can be coupled to a working cylinder for determining tensile and / or pressure forces (F) which are exerted by the working cylinder, preferably a hydraulic cylinder, in particular in the form of supporting forces, wherein the force transducer ( 10) comprises an axially oriented body having a substantially spherical portion (12) adapted to be received in a socket of a support plate and a substantially annular flange portion (14), the flange portion (14) being fitted with a Piston (20) of the working cylinder to be connected, wherein a, in particular the piston (20) facing the inner surface of the annular flange portion (14), which at a transition region (16) between the flange portion (14) and the spherical portion (12) adjoins, adapted to receive an electrical measuring system (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit einem Arbeitszylinder kombinierbaren Kraftaufnehmer zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften, die durch den Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Stützkräften ausgeübt werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Arbeitszylinder mit einem entsprechenden Kraftaufnehmer, der kolbenseitig montiert ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Stützfuß mit einem entsprechenden Hydraulikzylinder.The present invention relates to a combinable with a working force transducer for the determination of tensile and / or compressive forces exerted by the working cylinder, preferably a hydraulic cylinder, in particular in the form of supporting forces. Furthermore, the present invention relates to a working cylinder with a corresponding load cell, which is mounted on the piston side. Moreover, the present invention relates to a support leg with a corresponding hydraulic cylinder.

Im Stand der Technik sind Messachsen bekannt, die in einem Gelenk eines Stützauslegers für schweres Arbeitsgerät, wie zum Beispiel eines Lastkraftwagens mit integrierter Betonpumpe, zwischen einem horizontal orientierten Schubholm und einem vertikal orientierten Stützzylinder angeordnet sind. Solche Messachsen sind gegenüber parasitären Kräften anfällig, insbesondere bei einer Krafteinleitung schräg zur Längsachse des Stützzylinders. Exemplarisch ist eine derartige Messachse in der EP 1 675 760 B1 beschrieben.In the prior art measuring axes are known, which are arranged in a joint of a support arm for heavy work equipment, such as a truck with an integrated concrete pump, between a horizontally oriented shear beam and a vertically oriented support cylinder. Such measuring axes are prone to parasitic forces, in particular at a force introduction obliquely to the longitudinal axis of the support cylinder. By way of example, such a measuring axis is in the EP 1 675 760 B1 described.

Ein weiterer Ansatz zur Bestimmung von Abstützkräften zum Zwecke einer Kippsicherung eines mobilen Arbeitsgeräts ist in der DE 101 10 176 A1 beschrieben. Dort wird in jedem Stützfuß unterhalb des Abstütztellers (oder darin) mindestens ein Kraftsensor (Messring) angeordnet, wobei jeder Kraftsensor in einem elektrischen Messkreis zur Abgabe eines stützlastabhängigen Messsignals angeordnet ist. Eine Überwachungseinrichtung umfasst eine Auswerteelektronik, die in vorgegebenen Abtastzyklen mit stützfußbezogenen Stützlast-Messwerten sowie zu deren Vergleich mit mindestens einem vorgegebenen stabilitätsbestimmenden Schwellenwert beaufschlagbar ist. Dadurch ist es möglich, eine Echtzeitüberwachung der Stützlast im Bereich der einzelnen Stützfüße in einem engen Zeitraster zu ermöglichen, so dass auch dynamische Effekte und Trägheitseffekte beim Betrieb des Arbeitsgeräts in die Überwachung einbezogen werden können. Es werden speziell zwei Varianten offenbart. Bei einer ersten Variante wird unterhalb eines herkömmlichen Fußtellers ein ringförmiger Kraftaufnehmer mit integriertem, elektrischem Messsystem befestigt. Unterhalb des ringförmigen Kraftaufnehmers wiederum wird ein weiterer Fußteller montiert. Diese erste Variante dient zur Nachrüstung von konventionellen Stützfüßen. Die zweite Variante hat den ringförmigen Kraftaufnehmer zwischen einem kolbenaufnehmenden Element und dem Fußteller in integrierter Form montiert, so dass der Kraftaufnehmer gegenüber Umwelteinflüssen gesichert ist.Another approach for the determination of supporting forces for the purpose of tilt protection of a mobile working device is in the DE 101 10 176 A1 described. There, at least one force sensor (measuring ring) is arranged in each support foot below the support plate (or therein), wherein each force sensor is arranged in an electrical measuring circuit for delivering a support load-dependent measurement signal. A monitoring device comprises evaluation electronics, which can be acted upon in given scanning cycles with supporting foot-related supporting load measured values as well as their comparison with at least one predetermined stability-determining threshold value. This makes it possible to provide a real-time monitoring of the vertical load in the area of the individual support feet in a tight time frame, so that also dynamic effects and inertial effects in the operation of the implement can be included in the monitoring. Specifically, two variants are disclosed. In a first variant, a ring-shaped force transducer with integrated, electrical measuring system is mounted below a conventional foot plate. Below the annular force transducer turn another foot plate is mounted. This first variant is used to retrofit conventional support legs. The second variant has mounted the annular force transducer between a piston-receiving element and the foot plate in an integrated manner, so that the force transducer is secured against environmental influences.

Problematisch bei den eben genannten Ansätzen (Messachse und ringförmigem Kraftaufnehmer) ist die große Anfälligkeit gegenüber parasitären Effekten. Parasitäre Effekte können insbesondere auftreten, wenn der Stützzylinder maximal ausgefahren ist. Parasitäre Effekte können auch auftreten, wenn eine Krafteinleitung mit einem größeren Winkel relativ zur Längsachse des Stützzylinders erfolgt.The problem with the aforementioned approaches (measuring axis and annular force transducer) is the great susceptibility to parasitic effects. Parasitic effects can in particular occur when the support cylinder is maximally extended. Parasitic effects can also occur when force is applied at a greater angle relative to the longitudinal axis of the support cylinder.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kraftaufnehmer vorzusehen, der gegenüber parasitären Effekten weniger anfällig ist.It is therefore an object of the present invention to provide an improved load cell which is less susceptible to parasitic effects.

Diese Aufgabe wird mit einem Kraftaufnehmen zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften gelöst, die durch einen Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften ausgeübt werden können, wobei der Kraftaufnehmer einen Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmig, zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne eines Abstütztellers ausgebildeten Abschnitt und einen im Wesentlichen ringförmigen Flanschabschnitt aufweist, wobei der Flanschabschnitt angepasst ist, mit einem Kolben des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei eine, insbesondere dem Kolben zugewandte Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts, die sich an einen Übergangsbereich zwischen dem Flanschabschnitt und dem kugelförmigen Abschnitt anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems angepasst ist.This object is achieved by a force absorption for the determination of tensile and / or compressive forces, which can be exerted by a working cylinder, preferably a hydraulic cylinder, in particular in the form of supporting forces, wherein the force transducer has a body having a substantially spherical, for receiving in a joint socket of a support plate formed portion and a substantially annular flange portion, wherein the flange portion is adapted to be connected to a piston of the working cylinder, wherein a, in particular the piston facing inner surface of the annular flange portion which is located at a transition region between the flange portion and the spherical section adjoins, adapted for receiving an electrical measuring system.

Durch die kugelförmige Ausgestaltung des Körpers des Kraftaufnehmers können Unebenheiten im Untergrund nahezu vollständig kompensiert werden, da der Abstützteller beliebig um die Kugel gedreht werden kann. Die Krafteinleitungsrichtung ist im Wesentlichen koaxial zur Längsachse des Kraftaufnehmers bzw. des Arbeitszylinders orientiert. Der Arbeitszylinder hat seine Längsachse koaxial mit der Längsachse des Kraftaufnehmers ausgerichtet. Selbst wenn ein Abstützteller eines Stützauslegers auf einem geneigten Untergrund steht, ist die Krafteinleitungsrichtung doch immer dieselbe. Der Abstützteller weist dazu vorzugsweise eine pfannenartige Ausnehmung zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers des Kraftaufnehmers auf.Due to the spherical configuration of the body of the force transducer unevenness in the ground can be almost completely compensated, since the support plate can be rotated arbitrarily around the ball. The force introduction direction is oriented substantially coaxially to the longitudinal axis of the force transducer or the working cylinder. The power cylinder has its longitudinal axis aligned coaxially with the longitudinal axis of the force transducer. Even if a support plate of a support arm is on a sloped surface, the force introduction direction is always the same. For this purpose, the support plate preferably has a socket-like recess for receiving the spherical body of the force transducer.

Weil die Kraft zwischen dem Kraftaufnehmer und dem Arbeitszylinder bzw. der Kolbenstange des Arbeitszylinders gemessen wird – und nicht wie bei den Messachsen gemäß dem Stand der Technik in Gelenkpunkten der Stützausleger selbst –, ist eine Flächenpressung, die zu parasitären Messeffekten führt, insbesondere wenn Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet werden, verringert, wenn es zu einer Krafteinleitung schräg zur bevorzugten Krafteinleitungsrichtung (in der Regel parallel zur Längsachse) kommt. Parasitäre Effekte kommen weniger stark zum Tragen.Because the force between the force transducer and the working cylinder or the piston rod of the working cylinder is measured - and not at the pivot points of the support arm itself as in the prior art measuring axes - is a surface pressure, which leads to parasitic measuring effects, especially when strain gauges ( DMS) is used, reduced, if it comes to an application of force obliquely to the preferred direction of force introduction (usually parallel to the longitudinal axis). Parasitic effects are less significant.

Ferner ist es bevorzugt, wenn ein Außendurchmesser des ringförmigen Flanschabschnitts im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Kolbens ist. Further, it is preferable that an outer diameter of the annular flange portion is substantially equal to an outer diameter of the piston.

Da der Kraftaufnehmer in der Regel direkt am Kolben bzw. an einer Kolbenstange angebracht wird, ist ein nahezu deckungsgleicher Querschnitt der Verbindungsflächen wünschenswert, so dass es zu keinen Überhängen kommt, die schlimmstenfalls eine Hubbewegung des Zylinders stören bzw. verhindern. Probleme mit der Abdichtung ergeben sich somit auch nicht.Since the load cell is usually mounted directly on the piston or on a piston rod, a nearly congruent cross section of the connecting surfaces is desirable, so that there are no overhangs that disturb or prevent a stroke of the cylinder in the worst case. Problems with the seal thus do not arise.

Ferner ist es von Vorteil, wenn sich der Flanschabschnitt senkrecht zu einer Längsachse des Arbeitszylinders, und somit zur Mittelachse des Kraftaufnehmers, erstreckt.Furthermore, it is advantageous if the flange portion extends perpendicular to a longitudinal axis of the working cylinder, and thus to the central axis of the force transducer.

Auf diese Weise bildet sich eine Art Steg zwischen dem kugelförmigen Abschnitt und einem äußeren Bereich des ringförmigen Flanschabschnitts aus, der sich hervorragend als Anbringungsort für das elektrische Messsystem eignet. Hier finden die größten Verformungen (Dehnungen und Stauchungen) statt, so dass ein zufriedenstellend großes Messsignal insbesondere bei der Verwendung von DMS erzeugt werden kann. Es versteht sich, dass neben DMS auch andere elektrische Messsysteme verwendet werden können. Die DMS können aufgeklebt oder gesputtert werden.In this way, a kind of web forms between the spherical portion and an outer portion of the annular flange portion, which is excellent as a mounting location for the electrical measuring system. Here, the largest deformations (strains and compressions) take place, so that a satisfactorily large measuring signal can be generated, especially when using DMS. It goes without saying that in addition to strain gauges, other electrical measuring systems can also be used. The strain gauges can be glued or sputtered.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Flanschabschnitt mehrteilig ausgebildet und weist einen äußeren Flanschmantel und ein inneres, vorzugsweise mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildetes, Stempelelement auf, welches in einem Innenhohlraum des Flanschmantels, vorzugsweise mittels eines Gegenhalters, derart fixierbar ist, dass ein, in einem zusammengebauten Zustand des Flanschabschnitts im Wesentlichen axial orientiertes, Stützglied des Stempelelements mittig, vorzugsweise bündig, an einem Boden des Innenraums anliegt und dass ein im Wesentlichen radial orientiertes Membranglied des Stempelelements, an welches das Stützglied mittig und im Wesentlichen senkrecht anschließt, an eine in Umfangsrichtung verlaufende, nach innen vorstehende Stufe des Flanschmantels anliegt, wobei das elektrische Messsystem an dem Membranglied angebracht wird.In a further advantageous embodiment, the flange portion is formed in several parts and has an outer flange and an inner, preferably formed with a T-shaped cross-section, stamp member which is fixable in an inner cavity of the flange, preferably by means of a counter-holder, such that in an assembled state of the flange portion substantially axially oriented, support member of the stamp member centrally, preferably flush, abuts a bottom of the interior and that a substantially radially oriented diaphragm member of the stamp member to which the support member connects centrally and substantially perpendicular to an in Circumferentially extending, inwardly projecting stage of the flange mantle, wherein the electrical measuring system is attached to the diaphragm member.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die DMS geschützt im Inneren des Stützfußadapters sitzen, der den Arbeitszylinder mit dem Abstützteller verbindet. Die Krafteinleitung erfolgt zentriert im Bereich des Stempelelements. Die Membran des Stempelelements kann kleinste Veränderungen detektierbar machen. Es werden gute Messsignale bei guter Auflösung, d. h. hoher Linearität, erzielt. Das Messsystem ist gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt und trotzdem auf einfache Weise zu warten und austauschbar. Selbst schräge Krafteinleitungen lassen sich gut erfassen und führen zu wenigen bis gar keinen parasitären Störungen.This embodiment has the advantage that the DMS sit protected inside the Stützfußadapters that connects the cylinder with the Abstützteller. The introduction of force is centered in the area of the stamp element. The membrane of the stamp element can make smallest changes detectable. There are good measurement signals at good resolution, d. H. high linearity, achieved. The measuring system is protected against external environmental influences and nevertheless easy to maintain and interchangeable. Even oblique force discharges can be detected well and lead to few or no parasitic disturbances.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform definieren der kugelförmige Abschnitt und der Flanschabschnitt einen halbseitig offenen Raum, der in einem am Zylinder montierten Zustand durch den Kolben im Wesentlichen verschlossen wird.According to another preferred embodiment, the spherical portion and the flange portion define a half-open space which is substantially closed by the piston in a cylinder-mounted condition.

Auf diese Weise kann ein Raum zwischen dem Kraftaufnehmer und einem Zylinder bzw. Kolben definiert werden, der gegenüber äußeren Umwelteinflüssen abgeschottet ist. Verunreinigungen, Nässe, Temperaturschwankungen und dergleichen haben nahezu keine Auswirkungen auf das elektrische Messsystem. Das elektrische Messsystem ist vorzugsweise hermetisch gegenüber der Außenwelt abgeschottet. Nichtsdestotrotz kann eine Wartung oder ein Austausch des elektrischen Messsystems auf einfache Art und Weise geschehen, wenn der Kraftaufnehmer beispielsweise an die Kolbenstange angeschraubt ist. Zum Austauschen bzw. Warten des elektrischen Messsystems müssen lediglich die entsprechenden Schrauben gelöst werden, um den kugelförmigen Kraftaufnehmer von der Kolbenstange zu lösen. Danach ist das elektrische Messsystem frei zugänglich.In this way, a space between the force transducer and a cylinder or piston can be defined, which is sealed off from external environmental influences. Impurities, wetness, temperature fluctuations and the like have almost no effect on the electrical measuring system. The electrical measuring system is preferably hermetically sealed off from the outside world. Nevertheless, maintenance or replacement of the electrical metering system can be done easily, for example, when the load cell is bolted to the piston rod. To replace or maintain the electrical measuring system, only the corresponding screws need to be loosened to release the spherical force transducer from the piston rod. Thereafter, the electrical measuring system is freely accessible.

Auch ist es von Vorteil, wenn der kugelförmige Abschnitt im Inneren um eine Mittelachse des Kraftaufnehmers eine Ausnehmung aufweist.It is also advantageous if the spherical section has a recess in the interior about a center axis of the force transducer.

Durch die Gestalt der Ausnehmung, die sich in diesem Sinne innen im Kraftaufnehmer befindet, kann die Materialstärke insbesondere im Bereich des Übergangsbereichs beliebig gewählt und geformt werden. Die Materialstärke in diesem sich dehnenden und/oder staufenden Bereich des Kraftaufnehmers hat Einfluss auf die Linearität sowie die Hysterese des Messsignals.Due to the shape of the recess, which is located inside the force transducer in this sense, the material thickness can be arbitrarily selected and shaped in particular in the region of the transition region. The material thickness in this expanding and / or accumulating region of the force transducer has an influence on the linearity and the hysteresis of the measuring signal.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der kugelförmige Abschnitt und der Flanschabschnitt einstückig ausgebildet.According to a further preferred embodiment, the spherical portion and the flange portion are integrally formed.

Eine einstückige Ausbildung des kugelförmigen Abschnitts und des Flanschabschnitts des Kraftaufnehmers vereinfachen deren Herstellung und Bearbeitung. Wenn der Kraftaufnehmer insbesondere aus Vollmaterial hergestellt wird, wie zum Beispiel Edelstahl, können entsprechende Formen bzw. Ausnehmungen leicht herausfräst werden.An integral formation of the spherical portion and the flange portion of the force transducer simplify their manufacture and processing. If the force transducer is made in particular of solid material, such as stainless steel, corresponding shapes or recesses can be easily milled out.

Optional kann ferner ein elektrisches Kraftmesssystem umfasst sein, das vorzugsweise Dehnungsmessstreifen aufweist, wobei das Messsystem an einer innenseitigen Fläche des ringförmigen Flanschabschnitts angebracht ist, die senkrecht zu einer Mittelachse des Körpers orientiert ist, und zwar in einem Bereich, der vorzugsweise außerhalb eines Übergangsdurchmessers liegt.Optionally, there may further be included an electrical force measuring system, preferably comprising strain gauges, the measuring system being mounted on an inside surface of the annular flange portion perpendicular to one Center axis of the body is oriented, and in an area which is preferably outside a transition diameter.

Wenn das Messsystem an diesem Ort angebracht wird, können die besten Messsignale erzeugt werden. Dies sind nämlich die Orte der größten Dehnung und/oder Stauchung.When the measuring system is placed in this location, the best measuring signals can be generated. These are the places of greatest elongation and / or compression.

Ferner kann der Flanschabschnitt einen zylinderförmigen Körper aufweisen, der mindestens zwei in axialer Richtung verlaufende Öffnungen zur Aufnahme des elektrischen Messsystems aufweist.Furthermore, the flange portion may have a cylindrical body which has at least two openings extending in the axial direction for receiving the electrical measuring system.

Hier wird das Messprinzip ähnlich einer Kraftmessdose ausgenutzt. Es können beliebig viele Messzonen in den Körper des Flanschabschnitts integriert werden. Die DMS, die an der Innenwand der Messzonen befestigt werden, sind gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Der Kraftaufnehmer ist vorzugsweise mehrteilig aufgebaut, was sich in einer einfacheren Herstellung der einzelnen Komponenten bemerkbar macht. Das elektrische Messsystem lässt auf einfache Weise von außen an den Innenwandungen der Messzonen anbringen. Je nach Anzahl und Form der Messzonen lässt sich die Form eines mittig verbleibenden Kernstücks des Flanschabschnitts variieren, womit die Größe des Messsignals beeinflusst werden kann.Here, the measuring principle is used similar to a load cell. Any number of measuring zones can be integrated into the body of the flange section. The strain gauges, which are attached to the inner wall of the measuring zones, are protected against external influences. The force transducer is preferably constructed in several parts, which is noticeable in a simpler production of the individual components. The electrical measuring system can be easily attached from the outside to the inner walls of the measuring zones. Depending on the number and shape of the measuring zones, the shape of a centrally located core piece of the flange section can be varied, with which the size of the measuring signal can be influenced.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kraftaufnehmer kolbenseitig an einem Arbeitszylinder, insbesondere einem Hydraulikzylinder, montiert.According to another aspect of the present invention, the force transducer on the piston side to a working cylinder, in particular a hydraulic cylinder mounted.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein derartiger Hydraulikzylinder bei einem Stützfuß für ein mit Stützauslegern versehenes Arbeitsgerät verwendet.According to yet another aspect of the present invention, such a hydraulic cylinder is used in a support leg for a jib-mounted work implement.

Vorzugsweise weist dieser Stützfuß ferner einen Abstützteller auf, der eine Gelenkpfanne hat, die zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers angepasst ist, wobei der Kraftaufnehmer die einzige Verbindung zwischen einer Kolbenstange und dem Stützteller ist.Preferably, this support leg further comprises a support plate having a socket adapted to receive the spherical body, the load cell being the only connection between a piston rod and the support plate.

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 is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht auf einen ersten Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung, der an einen Arbeitszylinder gekoppelt ist; 1 a perspective view of a first force transducer according to the present invention, which is coupled to a working cylinder;

2 eine Seitenansicht des isolierten Kraftaufnehmers der 1; 2 a side view of the isolated force transducer of 1 ;

3 eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III der 2; 3 a sectional view taken along a line III-III of 2 ;

4 einen Schnitt durch einen zweiten Kraftaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a section through a second force transducer according to the present invention;

5 einen Querschnitt eines Flaschabschnitts des zweiten Kraftaufnehmers gemäß der 4; 5 a cross section of a bottle portion of the second force transducer according to the 4 ;

6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung; und 6 a cross-section through another embodiment of a force transducer according to the present invention; and

7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, teilweise geschnitten dargestellten Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 a perspective view of another, partially cut illustrated force transducer according to the present invention.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Kraftaufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung, der nachfolgend generell mit 10 bezeichnet wird. Nachfolgend werden identische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ähnliche Merkmale werden mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. 1 shows a schematic perspective view of a force transducer according to the present invention, hereinafter generally with 10 referred to as. Hereinafter, identical features will be denoted by like reference characters. Similar features are provided with similar reference numerals.

Die in der in 1 dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 10 ist dazu geeignet, an einen Stützausleger eines mobilen Arbeitsgeräts montiert zu werden, wie es exemplarisch in der deutschen Patentanmeldung DE 101 10 176 A1 mit dem Titel ”Mobiles Arbeitsgerät mit Standsicherheitsüberwachung” offenbart ist, die am 2. März 2001 eingereicht wurde und auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die DE 101 10 176 zeigt einen mit einem Hydraulikzylinder betriebenen Stützausleger eines mobilen Arbeitsgeräts, zum Beispiel einer Betonpumpe. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist zum Beispiel auch auf Stützausleger für Autokräne und Ähnliches anwendbar.The in the in 1 illustrated first embodiment of the force transducer according to the invention 10 is adapted to be mounted on a support arm of a mobile work implement, as exemplified in the German patent application DE 101 10 176 A1 entitled "Mobile Work Equipment with Stability Monitoring", filed on Mar. 2, 2001, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The DE 101 10 176 shows a powered with a hydraulic cylinder support arm of a mobile work equipment, such as a concrete pump. However, the present invention is not limited to this application. The present invention is also applicable to, for example, support legs for truck cranes and the like.

Der Kraftaufnehmer 10 der 1 ist hier einstückig ausgebildet und weist einen Körper mit einem im Wesentlichen kugelförmigen Abschnitt 12, vorzugsweise aus Vollmaterial (z. B. Edelstahl), auf, an den ein ringförmiger Flanschabschnitt 14 koppelt. Zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 12 und dem ringförmigen Flanschabschnitt 14 befindet sich ein mit dem Bezugszeichen 16 versehener Übergangsbereich, der sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 18 erstreckt. Der Flanschanschnitt 14 wiederum koppelt entweder direkt oder indirekt an einen hier allgemein mit 20 bezeichneten Kolben bzw. an eine Kolbenstange eines hier nicht näher dargestellten Arbeitszylinders, wie zum Beispiel eines Hydraulikzylinders, an.The force transducer 10 of the 1 is integrally formed here and has a body with a substantially spherical portion 12 , preferably of solid material (eg stainless steel), to which an annular flange portion 14 coupled. Between the spherical section 12 and the annular flange portion 14 is one with the reference numeral 16 provided transition area, which is substantially parallel to a longitudinal axis 18 extends. The flange gate 14 in turn, either directly or indirectly to one here in general 20 designated piston or to a piston rod one not closer shown working cylinder, such as a hydraulic cylinder to.

Der Kraftaufnehmer 10 ruht bei seiner Verwendung als Endstück einer Kolbenstange eines Stützauslegers üblicherweise in einem hier nicht gezeigten Pfannenelement (Abstützteller), wie es exemplarisch in der DE 101 10 176 A1 gezeigt ist. Das Pfannenelement koppelt wiederum an einen hier ebenfalls nicht gezeigten Stützteller, der üblicherweise direkt auf dem Boden abgesetzt wird. In der 1 ist die durch den Boden ausgeübte Gegenkraft mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Durch die kugelförmige Ausgestaltung des Kraftaufnehmerkörpers erfolgt die Krafteinleitung üblicherweise im Wesentlichen entlang der Längsachse bzw. Mittelachse 18 des Kraftaufnehmers 10. Die Kraft F ist vorzugsweise koaxial zur Mittelachse 18 orientiert. Je nach Untergrund kann die Kraft aber auch schräg eingeleitet werden.The force transducer 10 when used as an end piece of a piston rod of a support arm usually rests in a pan element, not shown here (support plate), as shown by way of example in FIG DE 101 10 176 A1 is shown. The pan element in turn coupled to a support plate, also not shown here, which is usually sold directly on the ground. In the 1 the counterforce exerted by the ground is indicated by the reference F. Due to the spherical configuration of the force transducer body, the introduction of force usually takes place essentially along the longitudinal axis or central axis 18 of the force transducer 10 , The force F is preferably coaxial with the central axis 18 oriented. Depending on the surface, the force can also be introduced at an angle.

Ferner sind in der 1 im Bereich des Flanschabschnitts 14 optionale Durchgangsöffnungen 22 gezeigt, die vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen sind, um zum Beispiel Schrauben zum Zwecke der Verbindung mit der Kolbenstange 20 einschrauben zu können.Furthermore, in the 1 in the area of the flange section 14 optional through holes 22 shown, which are preferably provided with an internal thread, for example screws for the purpose of connection with the piston rod 20 to be able to screw in.

In 2 ist eine isolierte Seitenansicht des Kraftaufnehmers 10 der 1 gezeigt. Der Übergangsbereich 16 weist eine Länge L parallel zur Mittelachse 18 auf. Der Übergangsbereich 16 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 18. Der Durchmesser des Übergangsbereichs 18 ist mit Düber in der 2 bezeichnet.In 2 is an isolated side view of the force transducer 10 of the 1 shown. The transition area 16 has a length L parallel to the central axis 18 on. The transition area 16 extends substantially parallel to the central axis 18 , The diameter of the transition area 18 is with D over in the 2 designated.

3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der 2. 3 shows a sectional view taken along the line III-III of 2 ,

Der Flanschabschnitt 14 ist im Wesentlichen ring- bzw. zylinderförmig ausgebildet und weist hier einen Innendurchmesser Dinne und einen Außendurchmesser Daußen auf. Der Kraftaufnehmer 10 weist hier innen eine einzige Ausnehmung 26 auf, die einen Innenraum 28 zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems 30 definiert.The flange section 14 is ring- or substantially cylindrical and in this case has an inner diameter D held and an outer diameter D on the outside. The force transducer 10 has here a single recess inside 26 on that has an interior 28 for receiving an electrical measuring system 30 Are defined.

Das elektrische Messsystem 30 wird an einer Innenseite 31 des Flanschabschnitts 14 angebracht, die im eingebauten Zustand des Kraftaufnehmers 10 der Kolbenstange 22 gegenüberliegt. Die Innenfläche 31 ist hier senkrecht zur Mittelachse 18 orientiert. Eine schräge Orientierung ist aber auch möglich.The electrical measuring system 30 is on an inside 31 of the flange portion 14 attached in the installed state of the force transducer 10 the piston rod 22 opposite. The inner surface 31 is here perpendicular to the central axis 18 oriented. An oblique orientation is also possible.

Das elektrische Messsystem 30 kann einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen 32 (DMS) aufweisen, die entweder aufgeklebt oder gesputtert werden. Die DMS 32 befinden sich örtlich bezüglich des Radius vorzugsweise zwischen dem Übergangsdurchmesser Düber und dem Innendurchmesser Dinnen. Dieser Bereich des Kraftaufnehmers 10 ist stegförmig zwischen dem Flanschabschnitt 14 und dem kugelförmigen Abschnitt 12 ausgebildet. Man erkennt, dass der Kraftaufnehmer 10 an dieser Stelle eine vergleichsweise geringe Materialstärke aufweist, so dass sich bei Ausübung von Kräften, insbesondere parallel zur Mittelachse 18, dieser Bereich besonders stark verformt bzw. leicht verformen lässt. In diesem Bereich treten sowohl Dehnungen als auch Stauchungen auf. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem DMS 32 Zug- und Druckkräfte zu messen. Das Signal ist linear bei hoher Auflösung und weist eine geringe Hysterese auf.The electrical measuring system 30 can have one or more strain gauges 32 (DMS), which are either glued or sputtered. The DMS 32 are located locally with respect to the radius preferably between the transition diameter D on and the inner diameter D inside . This area of the force transducer 10 is web-shaped between the flange portion 14 and the spherical section 12 educated. It can be seen that the force transducer 10 at this point has a comparatively low material thickness, so that when exercising forces, in particular parallel to the central axis 18 , this area particularly strongly deformed or slightly deformed. In this area both strains and compressions occur. In this way it is possible with a DMS 32 To measure tensile and compressive forces. The signal is linear at high resolution and has low hysteresis.

Die Materialstärke – und somit der Kraftfluss – in diesem Bereich des Kraftaufnehmers 10 lässt sich ferner durch weitere Ausnehmungen 34, 36 ändern. Es können beliebig viele bzw. tiefe Ausnehmungen in Richtung des Inneren des kugelförmigen Teils 12 vorgesehen werden. Vorzugsweise wird eine zylinderförmige Ausnehmung vorgesehen, die in der 3 mit einer Strichlinie 38 angedeutet ist. Die Ausnehmung gemäß der Strichlinie 38 ermöglicht im Wesentlichen eine konstante Materialstärke im Bereich des Flanschabschnitts 14 sowie des Übergangs 16, so dass die Kraftflussdichte in diesem Bereich relativ homogen ist. Kleine Kräfte rufen dann große Signalstärken hervor.The material thickness - and thus the power flow - in this area of the force transducer 10 can also be further recesses 34 . 36 to change. There may be any number or deep recesses in the direction of the interior of the spherical part 12 be provided. Preferably, a cylindrical recess is provided, which in the 3 with a dash line 38 is indicated. The recess according to the dashed line 38 essentially allows a constant material thickness in the region of the flange portion 14 as well as the transition 16 , so that the flux density in this area is relatively homogeneous. Small forces then cause large signal strengths.

Des Weiteren ist in 3 ein Innengewinde der Durchgangsöffnung 22 schematisch angedeutet. Es versteht sich, dass der Kraftaufnehmer 10 der vorliegenden Erfindung auch auf eine andere Weise (Z. B. durch Schweißen) mit dem in der 3 nicht dargestellten Kolben 20 verbunden werden kann.Furthermore, in 3 an internal thread of the through hole 22 indicated schematically. It is understood that the force transducer 10 of the present invention in another way (eg by welding) with the in the 3 not shown piston 20 can be connected.

Es fällt jedoch auf, dass, wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange 20 bündig an die Oberseite des in der 3 gezeigten Flanschabschnitts 14 anschließt, ein – abgesehen von den hier nicht dargestellten elektrischen Verbindungen zum elektrischen Messsystem 30 – hermetisch abgedichteter Innenraum 28 geschaffen wird. Der Innenraum 28, in welchem die DMS 32 angeordnet sind, ist gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt. So wird zum Beispiel vermieden, dass Nasse von außen eindringen kann. Die DMS 32 sind Temperaturschwankungen weniger stark ausgesetzt.It stands out, however, that when the piston or the piston rod 20 flush to the top of the in the 3 shown flange 14 connects, a - apart from the electrical connections to the electrical measuring system, not shown here 30 - hermetically sealed interior 28 is created. The interior 28 in which the DMS 32 are arranged, is protected against external environmental influences. This avoids, for example, that wet can penetrate from the outside. The DMS 32 Temperature fluctuations are less exposed.

Bezug nehmend auf 4 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftaufnehmers 10 gezeigt, der hier mehrstückig ausgebildet ist.Referring to 4 is a second embodiment of a force transducer according to the invention 10 shown, which is formed here in several pieces.

Der Kraftaufnehmer 10' der 4 weist einen halbkugelförmigen Abschnitt 12' auf, an den sich ein Übergangsbereich 16' einstückig anschließt. Der Übergangsbereich 16' weist an seinem dem (halb-)kugelförmigen Abschnitt 12' gegenüberliegenden Ende selbst einen flanschförmigen Abschnitt auf. Dieser flanschförmige Abschnitt weist einen Außendurchmesser DÜber auf.The force transducer 10 ' of the 4 has a hemispherical section 12 ' on to which there is a transitional area 16 ' integrally connects. The transition area 16 ' indicates at its the (semi) spherical section 12 ' itself a flange-shaped section on opposite end. This flange-shaped portion has an outer diameter D over .

Der Flanschabschnitt 14' hat einen zylinderförmigen Körper, der an seinem einen Längsende eine zylindrische Ausnehmung 40 aufweist, die zur Aufnahme des flanschförmigen Endes des Übergangsbereichs 16 ausgelegt ist. Sowohl die Ausnehmung 40 als auch das flanschförmige Ende des Übergangsbereichs 16' können mit entsprechenden Gewinden ausgebildet sein, um den Abschnitt 12' mit dem Flanschabschnitt 14' kraftschlüssig und formschlüssig zu verbinden. Die Ausnehmung 40 im Flanschabschnitt 14' weist dazu eine Tiefe TO auf, die im Wesentlichen der Höhe des flanschförmigen Endes des Übergangsbereichs 16' entspricht.The flange section 14 ' has a cylindrical body, at its one longitudinal end a cylindrical recess 40 having, for receiving the flange-shaped end of the transition region 16 is designed. Both the recess 40 as well as the flange-shaped end of the transition area 16 ' may be formed with corresponding threads to the section 12 ' with the flange section 14 ' to connect positively and positively. The recess 40 in the flange section 14 ' has to a depth T O , which is substantially the height of the flange-shaped end of the transition region 16 ' equivalent.

Der Flanschabschnitt 14' der 4 weist ferner mindestens zwei Messöffnungen 42 mit einer jeweiligen Tiefe TM gegenüber der Ausnehmung 40 auf. Die Messöffnungen 42 befinden sich radial außen liegend relativ zur Mittelachse des Flanschabschnitts 14' und erstrecken sich im Wesentlichen in Langsrichtung (d. h. vertikal in 4) des Flanschabschnitts 14'. Die Messöffnungen 42 definieren einen Kern 44 zwischen sich. Die Messöffnungen 42 sind vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse des Flanschabschnitts 14' angeordnet. Die Messöffnungen 42 dienen zur Aufnahme der DMS 32. Die DMS werden dazu an den Innenwandungen der Messöffnungen 42 angebracht. Die Innenwandungen der Messöffnungen 42 erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Mittelachse M des Flanschabschnitts 14'. Die Messöffnungen 42 weisen hier einen kreisförmigen Querschnitt auf. Andere Querschnittsformen können gewählt werden. Nach außen hin sind die Messöffnungen 42 durch Außenwände 46 des Flanschabschnitts 14' begrenzt.The flange section 14 ' of the 4 also has at least two measuring openings 42 with a respective depth T M with respect to the recess 40 on. The measuring openings 42 are located radially outward relative to the central axis of the flange portion 14 ' and extend substantially in the longitudinal direction (ie vertically in 4 ) of the flange portion 14 ' , The measuring openings 42 define a core 44 between themselves. The measuring openings 42 are preferably symmetrical to the central axis of the flange portion 14 ' arranged. The measuring openings 42 serve to accommodate the strain gages 32 , The strain gauges are on the inner walls of the measuring openings 42 appropriate. The inner walls of the measuring openings 42 extend substantially along the central axis M of the flange portion 14 ' , The measuring openings 42 have a circular cross section here. Other cross-sectional shapes can be chosen. On the outside are the measuring openings 42 through outer walls 46 of the flange portion 14 ' limited.

Der Flanschabschnitt 14' weist an seinem anderen, dem Kolben 20 zugewandten Ende einen zentral angeordneten, hülsenförmigen Vorsprung 48 auf.The flange section 14 ' points to his other, the piston 20 facing end a centrally located, sleeve-shaped projection 48 on.

Der Vorsprung 48 steht aus einer deckelartigen, im Wesentlichen ebenen Oberfläche 50 des Flanschabschnitts 14' vor. Die Oberfläche 50 liegt üblicherweise bündig am Kolben an und dient der vorzugsweise flächigen Kraftübertragung vom Kolben in Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12'.The lead 48 stands out of a lid-like, essentially flat surface 50 of the flange portion 14 ' in front. The surface 50 is usually flush with the piston and serves the preferably planar power transmission from the piston in the direction of the spherical portion 12 ' ,

Um den Kraftaufnehmer 10 mit dem Kolben zu verbinden, kann der hülsenförmige Vorsprung 48 ein außenumfängliches Gewinde 52 aufweisen. Andere Verbindungsarten sind möglich. Der hülsenförmige Vorsprung 48 ist insbesondere innen hohl ausgebildet. Dieser Hohlraum 54 bietet Platz zur Aufnahme eines Messverstärkers 56, der über hier nicht dargestellte Kanäle durch den Flanschabschnitt 14' mit den DMS 32 elektrisch verbunden sein kann. Der Messverstärker 56 ist in der 4 mit einer Strichlinie gezeigt.To the force transducer 10 To connect with the piston, the sleeve-shaped projection 48 an outer circumferential thread 52 exhibit. Other connection types are possible. The sleeve-shaped projection 48 is particularly hollow inside. This cavity 54 offers space for a measuring amplifier 56 , the channels not shown here through the flange portion 14 ' with the DMS 32 can be electrically connected. The measuring amplifier 56 is in the 4 shown with a dashed line.

Wenn der in der 4 nicht dargestellte Kolben 20 (vgl. 1) kraftschlüssig mit dem Flanschabschnitt 14' der 4 verbunden ist, erfolgt eine Kraftübertragung u. A. durch den Kern 44 auf den kugelförmigen Abschnitt 12' über den Übergangsbereich 16. Der Kern 44 liegt im zusammengebauten Zustand des Kraftaufnehmers 10' vorzugsweise flächig am Übergangsbereich 16' an.If in the 4 not shown pistons 20 (see. 1 ) frictionally with the flange portion 14 ' of the 4 is connected, there is a power transmission u. A. through the core 44 on the spherical section 12 ' over the transition area 16 , The core 44 lies in the assembled state of the force transducer 10 ' preferably flat at the transition area 16 ' at.

Es versteht sich, dass der in der 4 mehrteilig aufgebaute Kraftaufnehmer 10 alternativ auch einstückig aufgebaut sein könnte.It is understood that in the 4 multi-part force transducer 10 alternatively could be constructed in one piece.

Bezug nehmend auf 5 ist eine Ansicht auf eine Unterseite des isoliert dargestellten Flanschabschnitts 14' der 4 gezeigt. Der Flanschabschnitt 14' der 4 wird hier aus Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12' von ”unten” betrachtet, ohne dass der kugelförmige Abschnitt 12' gezeigt ist.Referring to 5 is a view of an underside of the flange portion shown isolated 14 ' of the 4 shown. The flange section 14 ' of the 4 is here from the direction of the spherical section 12 ' viewed from "bottom" without the spherical section 12 ' is shown.

Der Flanschabschnitt 14' weist die umlaufende Wandung 46 radial am weitesten außen liegend auf. Weiter innen im Bereich der Ausnehmung 40 (vgl. 4) befinden sich hier exemplarisch vier symmetrisch zur Mittelachse des Kraftaufnehmers 10' angeordnete Messöffnungen 42. Die DMS 32 sind hier vierfach pro Messöffnung 42 vorgesehen und sind an den Innenwandungen vorzugsweise symmetrisch angeordnet. Üblicherweise wird die Stauchung des Kernbereichs 44 gemessen.The flange section 14 ' has the circumferential wall 46 radially outermost lying on. Further inside in the area of the recess 40 (see. 4 ) are here exemplarily four symmetrical to the central axis of the force transducer 10 ' arranged measuring openings 42 , The DMS 32 here are four times per measuring opening 42 provided and are preferably arranged symmetrically on the inner walls. Usually, the compression of the core area 44 measured.

In 6 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Kraftnehmers 10'' gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.In 6 is a cross-section through another embodiment of a power take 10 '' shown in accordance with the present invention.

Der Kraftaufnehmer 10'' weist ebenfalls einen Flanschabschnitt 14'', einen Übergangsbereich 16'' und einen kugelförmigen Abschnitt 12'' auf. Die Abschnitte 12'' bis 16'' sind einstückig miteinander ausgebildet.The force transducer 10 '' also has a flange portion 14 '' , a transition area 16 '' and a spherical section 12 '' on. The sections 12 '' to 16 '' are integrally formed with each other.

Der Flanschabschnitt 14'' ist wiederum mehrteilig ausgebildet. Der Flanschabschnitt 14'' weist einen äußeren Flanschmantel 60 und einen inneres Stempelelement 62. Der Flanschmantel 60 ist einstückig mit dem Übergangsbereich 16'' und dem kugelförmigen Abschnitt 12'' ausgebildet. Das Stempelelement 62 kann einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen aus einem vertikalen Stützglied 64 und einem horizontalen Membranglied 66 gebildet wird. Das Membranglied 66 weist hier einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Das Stützglied 64 ist zylinderförmig ausgebildet. Das Stützglied 64 ist im eingebauten Zustand vorzugsweise koaxial zur Mittelachse M orientiert. Das Membranglied 66 ist dann im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse M orientiert. Das Stützglied kann zentriert angeordnet werden, mit einem Gewinde eingeschraubt, geklebt, etc werden.The flange section 14 '' is again formed in several parts. The flange section 14 '' has an outer flange jacket 60 and an inner punch element 62 , The flange jacket 60 is integral with the transition area 16 '' and the spherical section 12 '' educated. The stamp element 62 may have a T-shaped cross section, which consists essentially of a vertical support member 64 and a horizontal diaphragm member 66 is formed. The membrane member 66 here has a substantially circular cross-section. The support member 64 is cylindrical. The support member 64 is preferably oriented coaxially to the central axis M in the installed state. The membrane member 66 is then oriented substantially perpendicular to the central axis M. The support member can be centered, screwed in with a thread, glued, etc.

Das Stempelelement 62 kann mittels eines Gegenhalters 68 im Flanschmantel 60 fixiert werden. Der Gegenhalter 68 kann ein Gewinde 70 aufweisen, welches mit einem Gewinde 72 (in 6 nicht dargestellt) im Innenraum 74 in Eingriff gebracht werden kann. Alternativ kann das Stempelelement 62 auch ohne Gegenhalter 68 direkt am Flanschmantel 60 fixiert werden, z. B. durch Verschweißen. jedoch ist die Ausführungsform mit Gegenhalter 68 von größerem Vorteil, da sich das Stempelelement 62 so einfacher ausbauen lässt, z. B. um einen der DMS 32 auszutauschen, die an dem Membranglied 66 angebracht sind.The stamp element 62 can by means of a counter-holder 68 in the flange jacket 60 be fixed. The counterpart 68 can be a thread 70 have, which with a thread 72 (in 6 not shown) in the interior 74 can be engaged. Alternatively, the stamp element 62 even without a counterhold 68 directly on the flange jacket 60 be fixed, for. B. by welding. however, the embodiment is with an anvil 68 of greater advantage, since the stamp element 62 so easier to expand, z. B. to one of the DMS 32 replace, which on the membrane member 66 are attached.

Der Innraum 74 des Kraftaufnehmers 10'' weist ein stufenförmiges Profit auf, dessen Radius sich mit zunehmender Tiefe relativ zum Flanschabschnitt 14'' bzw. zum Übergangsbereich 16'' hier sprungartig verjüngt. Das Profit weist zumindest eine Stufe 76 auf, die als in Umfangsrichtung umlaufender Anschlag für das Membranglied 66 des Stempelelements 62 dient. Der Gegenhalter 68 zwingt das Stempelelement 62 vorzugsweise gegen die Stufe 76 im Mantel 60.The Innraum 74 of the force transducer 10 '' has a stepped profit, the radius of which increases with increasing depth relative to the flange portion 14 '' or to the transition area 16 '' here rejuvenated. The profit has at least one level 76 on, as circumferentially circumferential stop for the membrane member 66 of the stamp element 62 serves. The counterpart 68 forces the stamp element 62 preferably against the step 76 in the coat 60 ,

Das untere, freie Ende des Stützglieds 64 liegt im zusammengebauten Zustand, vorzugsweise plan, an einem Vorsprung 78 im Boden 79 des Innenraums 74 an. Der Vorsprung weist insbesondere den gleichen Querschnitt wie das Stützglied 64 auf, um eine möglichst gute und zentrierte Kraftübertragung zu gewährleisten. Der Vorsprung 78 und das Stützglied 64 bilden eine Art Kraftübertragungssäule, die frei im unteren Teil des Innraums 74 steht und die im Falle einer Krafteinleitung (in Längsrichtung des Kraftaufnehmers 10'') eine Auslenkung bzw. Verformung des Membranglieds 66 bewirkt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der 1. Diese Auslenkung der Membran kann von den DMS 32 registriert und in ein Messsignal umgewandelt werden. Die Signalleitungen sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in der 6 nicht dargestellt. Die DMS 32 können auch auf der dem Stützglied 64 zugewandten Seite des Membranglieds 66 angeordnet werden. In beiden Varianten der Anordnung liegen die DMS 32 gegenüber der äußeren Umwelt geschützt.The lower, free end of the support member 64 is in the assembled state, preferably flat, on a projection 78 in the ground 79 of the interior 74 at. The projection has in particular the same cross-section as the support member 64 in order to ensure the best possible and centered power transmission. The lead 78 and the support member 64 form a kind of power transmission column, which is free in the lower part of the Innraums 74 stands and in the case of a force application (in the longitudinal direction of the force transducer 10 '' ) a deflection or deformation of the membrane member 66 causes, similar to the first embodiment of 1 , This deflection of the membrane can be done by the strain gauges 32 be registered and converted into a measurement signal. The signal lines are for reasons of clarity in the 6 not shown. The DMS 32 can also be on the support member 64 facing side of the membrane member 66 to be ordered. In both variants of the arrangement are the DMS 32 protected against the external environment.

Es versteht sich, dass der Vorsprung 78 nicht zwingend erforderlich ist. Auch muss der Querschnitt des Vorsprungs 78 nicht unbedingt gleich dem Querschnitt des Stützglieds 64 sein. Auch die den Innenraum 74 definierende Ausnehmung kann variiert werden. Sie kann z. B. entgegen der Darstellung der 6 auch nur im Flanschabschnitt 14'' vorgesehen sein. Das Stempelelement 62 kann mehrteilig aufgebaut sein. Die Stufe 62 kann in Umfangsrichtung unterbrochen sein.It is understood that the lead 78 is not mandatory. Also, the cross section of the projection needs 78 not necessarily equal to the cross-section of the support member 64 be. Also the interior 74 defining recess can be varied. You can z. B. contrary to the representation of 6 also only in the flange section 14 '' be provided. The stamp element 62 can be constructed in several parts. The stage 62 may be interrupted in the circumferential direction.

7 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren Kraftaufnehmers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 shows a perspective sectional view of another force transducer 10 according to the present invention.

Der Kraftaufnehmer 10 der 7 ist hier wieder einstückig ausgebildet und weist einen kugelförmigen Abschnitt 12, einen Flanschabschnitt 14 sowie einen Übergangsabschnitt 16 auf. Der Körper des Kraftaufnehmers 10 erstreckt sich im Wesentlichen in der axialen Richtung 18. Der Flanschabschnitt 14 umfasst hier wieder einen (einstückigen) Flanschmantel 80. Der Flanschabschnitt 14 und der Übergangsabschnitt 16 definieren in ihren jeweils radial innen liegenden Bereichen ein Revolvertrommel-ähnlich ausgebildetes Kernelement 80.The force transducer 10 of the 7 is again formed in one piece and has a spherical section 12 , a flange portion 14 and a transition section 16 on. The body of the force transducer 10 extends substantially in the axial direction 18 , The flange section 14 here again comprises a (one-piece) flange jacket 80 , The flange section 14 and the transition section 16 define in their respective radially inner areas a Revolertrommel-like trained core element 80 ,

Das Kernelement 80 erstreckt sich in axialer Richtung 18 innerhalb des Flanschmantels 60 in Richtung des kugelförmigen Abschnitts 12, und zwar ausgehend vom Innenraum 28 bzw. 74. Eine Oberseite des Revolvertrommelähnlichen Kernelements 80 entspricht der Innenfläche 31 der 1. Das elektrische Messsystem 30, hier bestehend aus DMS 32, ist an der Innenfläche 31, d. h. der Oberseite des Kernelements 80, angebracht. Die Oberseite des Kernelements 80 liegt oberhalb einer Kontaktfläche des Flanschabschnitts 14 mit dem Arbeitszylinder bzw. Kolben 20, der in 7 durch zwei Strichlinien angedeutet ist. Die Innenfläche 31 ist also gegenüber der Kontaktebene zwischen dem Kraftaufnehmer 10 und dem Arbeitszylinder bzw. Kolben 20 in Richtung des Pfeils 84 in ein Inneres des Arbeitszylinders bzw. Kolbens 20 zurückversetzt. Damit ist auch das elektrische Messsystem 30 in Richtung des Arbeitszylinders 20 versetzt. Je weiter das elektrische Messsystem 30 von einem Kontaktpunkt zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 12 und einem in der 7 nicht gezeigten Stützfußteller entfernt ist, desto geringere Messfehler stellen sich ein. Üblicherweise ist der Arbeitszylinder 20, wenn er bei einem mobilen Arbeitsgerät eingesetzt wird, im ausgefahrenen Arbeitszustand vertikal orientiert und mit einem horizontal orientierten Ausleger verbunden. Deshalb tendiert der Arbeitszylinder beim Aufbringen einer Stützkraft dazu, in der horizontalen Richtung, d. h. seitlich, auszuweichen. Dieses Bestreben, seitlich auszuweichen, resultiert üblicherweise in Biegemomenten im Bereich des Kraftaufnehmers 10, wo der Kontakt mit dem Untergrund stattfindet. Je näher das elektrische Messsystem 30 zum Untergrund angeordnet ist und je weiter das elektrische Messsystem 30 vom Arbeitszylinder 20 entfernt ist, desto größer sind diese Störeffekte. Deshalb wird das elektrische Messsystem 30 vorzugsweise soweit wie möglich in den Arbeitszylinder 20 hinein verlegt.The core element 80 extends in the axial direction 18 inside the flange jacket 60 in the direction of the spherical section 12 , starting from the interior 28 respectively. 74 , An upper surface of the turret-like core element 80 corresponds to the inner surface 31 of the 1 , The electrical measuring system 30 , here consisting of DMS 32 , is on the inside surface 31 ie the top of the core element 80 , appropriate. The top of the core element 80 lies above a contact surface of the flange portion 14 with the working cylinder or piston 20 who in 7 indicated by two dashed lines. The inner surface 31 So is opposite to the contact plane between the force transducer 10 and the working cylinder or piston 20 in the direction of the arrow 84 in an interior of the working cylinder or piston 20 set back. This is also the electrical measuring system 30 in the direction of the working cylinder 20 added. The further the electrical measuring system 30 from a point of contact between the spherical section 12 and one in the 7 not shown support base is removed, the lower measurement errors set. Usually, the working cylinder 20 when used on a mobile work implement, vertically oriented in the extended working state and connected to a horizontally oriented boom. Therefore, when a supporting force is applied, the working cylinder tends to swerve in the horizontal direction, ie, laterally. This tendency to dodge laterally usually results in bending moments in the region of the force transducer 10 where the contact with the ground takes place. The closer the electrical measuring system 30 is arranged to the ground and the further the electrical measuring system 30 from the working cylinder 20 is removed, the larger these parasitic effects. That's why the electrical measuring system 30 preferably as far as possible in the working cylinder 20 moved in.

Das elektrische Messsystem 30 ist hier zwischen Sacklöchern 86 angeordnet. Die Sacklöcher 86 erstrecken sich in axialer Richtung 18, ausgehend von der Oberseite 31 des Kernelements 80. Die Sacklöcher 86 sind in einem radial außen liegenden Bereich der Oberseite 31 angeordnet. Die Oberseite 31 fungiert bei Beaufschlagung mit einer Stützkraft wie eine Membran, da das Kernelement 80 dazu tendiert, sich in Richtung des Arbeitszylinders 20 zu bewegen, wohingegen der Arbeitszylinder 20 über den äußeren Rand des Flanschabschnitts 14 eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung initiiert. Im Bereich des elektrischen Messsystems 30 kommt es zu einer Aufbiegung der Oberseite 31, die gemessen wird.The electrical measuring system 30 is here between blind holes 86 arranged. The blind holes 86 extend in the axial direction 18 , starting from the top 31 of the core element 80 , The blind holes 86 are in a radially outer region of the top 31 arranged. The top 31 when acted upon by a supporting force acts like a membrane, since the core element 80 tends to be in the direction of the working cylinder 20 to move, whereas the working cylinder 20 over the outer edge of the flange portion 14 initiated a movement in the opposite direction. In the area of the electrical measuring system 30 it comes to a bend of the top 31 that is measured.

Die 7 zeigt also einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, da sie einen Kraftaufnehmer 10 zeigt, der zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften geeignet ist, die durch den Arbeitszylinder 20 in Form von Abstützkräften ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer 10 einen axial orientierten Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmigen, zur Aufnahme in einem Abstützteller ausgebildeten Abschnitt 12 und einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Flanschabschnitt 14 aufweist, wobei der Flanschabschnitt 14 angepasst ist, mit dem Kolben 20 des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei die, insbesondere dem Kolben zugewandte, Innenfläche 31 des ringförmigen Flanschabschnitts 14, die sich an den Übergangsbereich 16 zwischen den Flanschabschnitt 14 und dem kugelförmigen Abschnitt 12 anschließt, zur Aufnahme des elektrischen Messsystems 30 angepasst ist.The 7 Thus, there is shown another aspect of the present invention, as it is a force transducer 10 shows that is suitable for determining tensile and / or compressive forces by the working cylinder 20 be exercised in the form of supporting forces, wherein the force transducer 10 an axially oriented body having a substantially spherical portion adapted to be received in a support plate 12 and a substantially annular flange portion 14 having, wherein the flange portion 14 adjusted with the piston 20 the working cylinder to be connected, wherein the, in particular the piston facing, inner surface 31 the annular flange portion 14 that are adjacent to the transition area 16 between the flange portion 14 and the spherical section 12 connects, for receiving the electrical measuring system 30 is adjusted.

Vorzugsweise erstreckt sich der Flanschabschnitt 14 in einem an den Arbeitszylinder 20 montierten Zustand in axialer Richtung 18 in den Arbeitszylinder 20 hinein, so dass sich die Innenfläche 31 mit dem daran angebrachten elektrischen Messsystem 30 innerhalb des Arbeitszylinders 20 befindet.Preferably, the flange portion extends 14 in one to the working cylinder 20 assembled state in the axial direction 18 in the working cylinder 20 into it, so that the inner surface 31 with the attached electrical measuring system 30 inside the working cylinder 20 located.

Insbesondere der kugelförmige Abschnitt 12, der Übergangsabschnitt 16 und der Flanschabschnitt 14 sind einstückig ausgebildet, wobei der Flanschabschnitt 14 und der Übergangsabschnitt 16 ein radial innen angeordnetes zylindrisches Kernelement 80 aufweisen, welches sich in axialer Richtung erstreckende Sacklöcher 86 aufweist, die in der Innenfläche 31 ausgebildet sind.In particular, the spherical section 12 , the transitional section 16 and the flange portion 14 are integrally formed, wherein the flange portion 14 and the transition section 16 a radially inner cylindrical core element 80 have, which in the axial direction extending blind holes 86 that is in the inner surface 31 are formed.

Bei einer besonderen Ausgestaltung sind die Sacklöcher 86 in Umfangsrichtung in einem radial außen liegenden Bereich der Innenfläche 31 ausgebildet.In a particular embodiment, the blind holes 86 in the circumferential direction in a radially outer region of the inner surface 31 educated.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das elektrische Messsystem 30, vorzugsweise mittig, zwischen den Sacklöchern 86 angeordnet ist.Furthermore, it is advantageous if the electrical measuring system 30 , preferably in the middle, between the blind holes 86 is arranged.

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Claims (11)

Mit einem Arbeitszylinder koppelbarer Kraftaufnehmer (10; 10'; 10'') zur Bestimmung von Zug- und/oder Druckkräften (F), die durch den Arbeitszylinder, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder, insbesondere in Form von Abstützkräften, ausgeübt werden, wobei der Kraftaufnehmer (10) einen axial orientierten Körper aufweist, der einen im Wesentlichen kugelförmigen, zur Aufnahme in einer Gelenkpfanne eines Abstütztellers ausgebildeten, Abschnitt (12) und einen im Wesentlichen ringförmig ausgebildten Flanschabschnitt (14) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (14) angepasst ist, mit einem Kolben (20) des Arbeitszylinders verbunden zu werden, wobei eine, insbesondere dem Kolben (20) zugewandte, Innenfläche des ringförmigen Flanschabschnitts (14), die sich an einen Übergangsbereich (16) zwischen dem Flanschabschnitt (14) und dem kugelförmigen Abschnitt (12) anschließt, zur Aufnahme eines elektrischen Messsystems (30) angepasst ist.With a working cylinder coupled force transducer ( 10 ; 10 '; 10 '' ) for the determination of tensile and / or compressive forces (F), which are exerted by the working cylinder, preferably a hydraulic cylinder, in particular in the form of supporting forces, wherein the force transducer ( 10 ) has an axially oriented body which has a substantially spherical portion (FIG. 2) for receiving in a socket of a support plate (FIG. 12 ) and a substantially annular flange portion ( 14 ), wherein the flange portion ( 14 ) is adjusted with a piston ( 20 ) of the working cylinder, wherein one, in particular the piston ( 20 ) facing, inner surface of the annular flange portion ( 14 ), which adjoin a transitional area ( 16 ) between the flange portion ( 14 ) and the spherical section ( 12 ), for receiving an electrical measuring system ( 30 ) is adjusted. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, wobei ein Außendurchmesser (Daußen) des ringförmigen Flanschabschnitts (14) im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Kolbens (20) ist.A force transducer according to claim 1, wherein an outside diameter (D outside ) of the annular flange portion (FIG. 14 ) substantially equal to an outer diameter of the piston ( 20 ). Kraftaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flanschabschnitt (14'') mehrteilig ausgebildet ist und einen äußeren Flanschmantel (60) und ein inneres, vorzugsweise mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildetes, Stempelelement (62) aufweist, welches in einem Innenhohlraum (74) des Flanschmantels (60), vorzugsweise mittels eines Gegenhalters (6S), derart fixierbar ist, dass ein, in einem zusammengebauten Zustand des Flanschabschnitts (16'') im Wesentlichen axial orientiertes, Stützglied (64) des Stempelelements (62) mittig, vorzugsweise bündig, an einem Boden (79) des Innenraums (74) anliegt und dass ein im Wesentlichen radial orientiertes Membranglied (66) des Stempelelements (62), an welches das Stützglied (64) mittig und im Wesentlichen senkrecht anschließt, an eine in Umfangsrichtung verlaufende, nach innen vorstehende Stufe (76) des Flanschmantels (60) anliegt, wobei das elektrische Messsystem (30) an dem Membranglied (66) angebracht wird.Force transducer according to claim 1 or 2, wherein the flange portion ( 14 '' ) is formed in several parts and an outer flange ( 60 ) and an inner, preferably formed with a T-shaped cross-section, stamp element ( 62 ), which in an internal cavity ( 74 ) of the flange jacket ( 60 ), preferably by means of a counter-holder ( 6S ), is fixable such that, in an assembled state of the flange portion ( 16 '' ) substantially axially oriented, support member ( 64 ) of the stamp element ( 62 ) in the middle, preferably flush, on a floor ( 79 ) of the interior ( 74 ) and that a substantially radially oriented membrane member ( 66 ) of the stamp element ( 62 ) to which the support member ( 64 ) adjoins centrally and substantially perpendicularly, to a circumferentially extending, inwardly projecting step ( 76 ) of the flange jacket ( 60 ), wherein the electrical measuring system ( 30 ) on the membrane member ( 66 ) is attached. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein elektrisches Kraftmesssystem (30), das vorzugsweise Dehnungsmessstreifen (32) aufweist, umfasst, wobei das Messsystem (30) an einer innenseitigen Fläche (31) des ringförmigen Flanschabschnitts (14) angebracht ist.Force transducer according to one of the preceding claims, further comprising an electric force measuring system ( 30 ), preferably strain gauges ( 32 ), wherein the measuring system ( 30 ) on an inside surface ( 31 ) of the annular flange portion ( 14 ) is attached. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) innen, um eine Mittelachse (18) herum, zumindest eine Ausnehmung (32, 34) aufweist.Force transducer according to one of the preceding claims, wherein the spherical portion ( 12 ) inside, around a central axis ( 18 ) around, at least one recess ( 32 . 34 ) having. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) und der Flanschabschnitt (14) einstückig ausgebildet sind.Force transducer according to one of the preceding claims, wherein the spherical portion ( 12 ) and the flange portion ( 14 ) are integrally formed. Kraftaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kugelförmige Abschnitt (12) und der Flanschabschnitt (14) einen halbseitig offnen Raum (28) definieren, der in einem am Arbeitszylinder montierten Zustand durch den Arbeitszylinder bzw. den Kolben (20) verschlossen ist.Force transducer according to one of the preceding claims, wherein the spherical portion ( 12 ) and the flange portion ( 14 ) a half-open space ( 28 ) in a state mounted on the working cylinder by the working cylinder or the piston (FIG. 20 ) is closed. Kraftaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Flanschabschnitt (14) einen zylinderförmigen Körper aufweist, der mindestens zwei in axialer Richtung verlaufende Öffnungen (42) zur Aufnahme des elektrischen Messsystems aufweist, wobei die Öffnungen (42) vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet sind.Force transducer according to one of claims 1 to 4, wherein the flange portion ( 14 ) has a cylindrical body, the at least two axially extending openings ( 42 ) for receiving the electrical measuring system, wherein the openings ( 42 ) are preferably cylindrical. Arbeitszylinder, insbesondere Hydraulikzylinder, mit einem kolbenseitig montierten Kraftaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Working cylinder, in particular hydraulic cylinder, with a piston side mounted force transducer ( 10 ) according to one of claims 1 to 8. Stützfuß für ein mit Stützauslegern versehenes Arbeitsgerät, vorzugsweise einen Autokran, mit einem Hydraulikzylinder gemäß Anspruch 9.Support foot for a working device provided with support arms, preferably a mobile crane, with a hydraulic cylinder according to claim 9. Stützfuß nach Anspruch 10, der ferner einen Abstützteller aufweist, der eine Gelenkpfanne hat, die zur Aufnahme des kugelförmigen Körpers (12) angepasst ist, wobei der Kraftaufnehmer (10) die einzige Verbindung zwischen einer Kolbenstange und dem Abstützteller ist.The support leg of claim 10, further comprising a support plate having a socket for receiving the spherical body (10). 12 ), the force transducer ( 10 ) is the only connection between a piston rod and the support plate.
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