DE2659077C3 - Load cell - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßdose mit einem eine eventuelle Querkraft über eine Membran an ein Gehäuse abführenden Meßfederkörper und einer in Lastrichtung unterhalb der Membran sich auf den Meßfederkörper abstützenden, kugelkalottenförmige Abrollflächen aufweisenden, über ein Druckstück belasteten Krafteinleitungsstelze.The invention relates to a load cell with a possible transverse force via a membrane a housing dissipating measuring spring body and one in the load direction below the membrane on the Measuring spring body supporting, spherical cap-shaped rolling surfaces having, via a pressure piece loaded force transmission stilts.

Eine derartige Kraftmeßdose ist der DE-AS 12 32 370 zu entnehmen. Die bekannte Kraftmeßdose ist eine von verschiedenen Lösungen des Problems, die bei der Messung von Lasten mit Hilfe von Kraftmeßdosen oft auftretenden Querkräfte möglichst unschädlich für die Krafmeßdose und das Meßergebnis zu machen. Es ist eine ganze Reihe von mehr oder minder guten Lösungen dieses Problems bekannt, unter anderem aus der DE-PS 18 06 668 eine Kraftmeßdose, bei der die zu messende Last über eine kugelkalottenförmige Stirnflächen aufweisende Stelze eingeleitet wird. Beim Auftreten von Querkräften rollen die Stirnflächen der Stelze auf ebenen Flächen an der Kraftmeßdose und einer Druckstück ab. Mit der bekannten Lösung wird vorgeschlagen, die Höhe der Stelze kleiner als den doppelten Krümmungsradius der Stirnflächen der Stelze zu machen und innerhalb dieses Bereichs die beiden Konstruktionsmerkmale so zu gestalten, daß eine infolge der Schrägstelliing der Stelze hervorgerufelie Änderung der Krafteinleitungsrichtung aus der Senkrechten eine Meßemfpindlichkeitsänderung bewirkt, die eine andere Meßempfindlichkeitsänderung, hervorgerufen von der Verlagerung des Kraftangriffspunktes aus der Dosenachse, gerade kompensiert Eine Voraussetzung für diese angestrebte Kompensation ist ein rotationssymmetrischer Meßfederkörper, denn bei einem nichtsymmetrischen Meßfederkörper ist keine Gewähr dafür vorhanden, daß die beiden einander kompensierenden Meßempfindlichkeitsänderungen auch wirklich gegenläufig sind.One such load cell is DE-AS 12 32 370 refer to. The known load cell is one of several solutions to the problem presented in the Measurement of loads with the help of load cells often occurring transverse forces as harmless as possible for the Force load cell and make the measurement result. It is a whole series of more or less good ones Solutions to this problem known, including from DE-PS 18 06 668 a load cell in which the to measuring load is introduced via a stilt having spherical cap-shaped end faces. When appearing the front surfaces of the stilt roll on flat surfaces on the load cell and one of the lateral forces Pressure piece off. With the known solution it is proposed that the height of the stilt is smaller than that double the radius of curvature of the end faces of the stilts and within this area the to design both design features in such a way that one caused by the inclination of the stilts A change in the direction of force application from the vertical causes a change in the measuring sensitivity, the other change in measurement sensitivity, caused by the displacement of the force application point from the can axis, compensated straight A prerequisite for this desired compensation is a rotationally symmetrical measuring spring body, because with a non-symmetrical measuring spring body there is none There is a guarantee that the two mutually compensating changes in measuring sensitivity are really opposite.

Bei der eingangs genannten Kraftmeßdose hat die Krafteinleitungsstelze Kugelform bzw. soll ein Zylinder sein, dessen Stirnflächen Kalotten einer die Stelze umschreibenderi Kugelfläche sind. Die .Flächen, auf denen die Stelze bei Einwirkung einer Querkraft abrollen kann, sind ebenfalls Kugelflächen von größerem Krümmungsradius als die Kugelflächen der Stelze. Für die bekannte Kraftmeßdose wird ein Abstand der Membran zur Ableitung einer Querkraft von der unter der Membran liegenden Abrollfläche am Meßfederkörper vorgeschlagen, der dem Krümmungsradius dieser Abrollfläche entspricht. Die bekannte Lösung benötigt Bauelemente, an denen insgesamt vier kugelförmige Flächen anzuarbeiten sind. Für eine konstruktivIn the load cell mentioned at the beginning, the force introduction stilt has a spherical shape or should be a cylinder be whose end faces are domes of a spherical surface circumscribing the stilts. The .surfaces, on which the stilt can roll off when a transverse force acts, spherical surfaces are also larger Radius of curvature than the spherical surfaces of the stilt. For the known load cell, a distance is the Membrane for transferring a transverse force from the rolling surface on the measuring spring body located under the membrane proposed, which corresponds to the radius of curvature of this rolling surface. The known solution is needed Construction elements on which a total of four spherical surfaces are to be worked on. For a constructive

so einfachere Lösung, bei der die kugelförmigen Stirnflächen der Stelze auf ebenen Flächen abrollen können, ergibt sich aus der bekannten Lösung kein Hinweis, denn der Einsatz eines unendlich großen Krümmungsradius für die Abrollfläche am Meßfeclerkörper ergibtso simpler solution in which the spherical end faces the stilt can roll on flat surfaces, there is no indication from the known solution, because the use of an infinitely large radius of curvature for the rolling surface on the measuring body results

v, keine sinnvolle Dimensionierung für den Abstand der Membran von der Abrollfläche. v, no meaningful dimensioning for the distance between the membrane and the rolling surface.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Beziehung zwischen den Stelzenabmessungen und dem Abstand der Membran von der Abrollfläche an dem Meßfederkörper anzugeben, für die — wie beim Bekannten — auch unter Querlasteinfluß der Meßfederkörper biegemomentfrei bleibt. Die Erfindung soll gegenüber dem Bekannten bei etwa vergleichbarer Fehlerfreiheit eine einfachere Konstruktion aufweisen.The invention had the object of establishing a relationship between the stilt dimensions and the Specify the distance between the membrane and the rolling surface on the measuring spring body, for which - as with Known - even under the influence of transverse loads, the measuring spring body remains free of bending moments. The invention aims to have a simpler construction compared to the known with approximately comparable freedom from defects.

Insbesondere sollen kugelige Abrollflächen im Meßfederkörper und im Druckstück vermieden werden. Derartige konkave Auflageflächen sind mit der erforderlichen Oberflächenqualität schwierig herzustellen und deshalb unwirtschaftlich. Mit der Erfindung wirdIn particular, spherical rolling surfaces in the measuring spring body and in the pressure piece should be avoided. Such concave bearing surfaces are difficult to produce with the required surface quality and therefore uneconomical. With the invention

μ angestrebt, den Kugelkalotten der Stelze nur ebene Abrollflächen gegenüberzustellen.μ aimed at making the spherical caps of the stilt only level Facing rolling surfaces.

Bei einer eingangs näher bezeichneten Kraftmeßdose wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß unter der Voraussetzung eines kleinen Querkraft-/Lastverhältnisses und einer der Stelze gegenüberliegenden ebenen Fläche des Druckstücks der Abstand der neutralen Faser der Membran von einer ebenen Krafteinleitungsfläche an dem Meßfederkörper gleich dem Quotienten aus dem Kugelradius derIn a load cell described in more detail at the beginning, this object is achieved according to the invention solved that assuming a small transverse force / load ratio and one of the stilts opposite flat surface of the pressure piece the distance of the neutral fiber of the membrane from a flat force application surface on the measuring spring body equal to the quotient of the spherical radius of the

bo kartenförmigen Abrollflächen und dem um Eins verminderten doppelten Verhältnis des Kugelradius zur Stelzenlänge ist.bo card-shaped rolling surfaces and the one at one reduced double ratio of the spherical radius to the length of the stilt.

Anhand der weiter unten beschriebenen F i g. 2 und 3 wird abgeleitet werden, daß eine so dimensionierteOn the basis of the F i g described below. 2 and 3 will be derived to be such a dimensioned

h5 Kraftmeßdose biegemomentfrei bleibt und deshalb keinen Meßfehler durch eine eventuell auftretende Querkraft erleidet.h5 load cell remains free of bending moments and therefore does not suffer a measurement error due to a possible transverse force.

Mit Vorteil wird als Meßfederkörper ein hohler, imA hollow, im

wesentlichen rohrförmiger Körper verwendet, der auf seiner einen Stirnseite auf einer Unterlage ruht Auf der anderen Stirnseite liegt der Rand eines topfartigen Einsatzes auf, dessen Bodenfläche als Abrollebene für die untere Kugelkalotte einer Krafteinleitungsstelze dient Die Membran ist zweckmäßig zwischen dem Rand des Einsatzes und der oberen Stirnfläche des Meßfederkörpers eingespannt An ihrem äußeren Umfang ist die Membran am Gehäuse der Kraftmeßdose befestigt Zwischen die untere Stirnfläche des Meßfederkörpers und die den Boden des Kraftmeßdosengehäuses bildende Unterlage kann zweckmäßig ein ebenfalls mit einer kugeligen Fläche auf der Unterlage ruhendes Zwischenstück eingefügt sein.essential tubular body used on one of its end faces rests on a base. On the other end face lies the edge of a pot-like Insert, the bottom surface of which acts as a rolling plane for the lower spherical cap of a force transmission stilt The membrane is useful between the edge of the insert and the upper face of the The measuring spring body is clamped on the outer circumference of the membrane on the load cell housing attached between the lower end face of the measuring spring body and the bottom of the load cell housing Forming base can expediently also have a spherical surface on the base be inserted stationary intermediate piece.

Anstelle eines Meßfederkörpers kann auch eine komplette Kraftmeßdose innerhalb eines weiteren Gehäuses über den topfförrnigen Einsatz und die Krafteinleitungsstelze belastet sein.Instead of a measuring spring body, a complete load cell within another Housing can be loaded through the pot-shaped insert and the force transmission stilts.

Die Erfindung wird anhand von fürf Figuren näher erläutertThe invention is explained in more detail with the aid of fürf figures explained

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Kraftmeßdose schematisch gezeigtIn Fig. 1 a longitudinal section through a load cell is shown schematically

In F i g. 2 sind die auf den Meßfederkörper einwirkenden Kräfte dargestellt.In Fig. 2 shows the forces acting on the measuring spring body.

Anhand des Diagramms der F i g. 3 werden geometrisehe Beziehungen zwischen den Abmessungen der Krafteinleitungsstelze und den Auflagepunkten ihrer Stirnflächen bei einer Verschiebung unter dem Einfluß einer Querkraft abgeleitet.Based on the diagram of FIG. 3 are geometrisehe Relationships between the dimensions of the force introduction stilts and the points of support of their End faces derived from a displacement under the influence of a transverse force.

Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmeßdose.4 shows a cross section through an embodiment a load cell.

In Fig.5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftmeßdose dargestellt.In Figure 5, a second embodiment is a Load cell shown.

In Fig. 1 ist ein Meßfederkörper 1 von einem Gehäuse 2 umgeben, auf dessen Boden 3 der Meßfederkörper 1 mit einer kugeligen Stirnfläche 4 ruht. Der Meßfederkörper 1 ist über einen Teil h seiner Länge ausgedreht. In diese Ausdrehung ragt eine Krafteinleitjngsstelze 5, die ebenfalls kugelige Stirnflächen aufweist. Der Meßfederkörper ist an seinem der Last P zugewandten Ende mit einer waagrechten Membran 6 gegen das Gehäuse 2 abgestützt. Die Membran ist zwischen dem Mantel des Gehäuses 2 und einem Gehäusedeckel 7 eingespannt. Am Meßfederkörper 1 ist die Membran mit Hilfe eines Ringes 8 befestigt. Eine Querkraft Q ist als Pfeil wie die Last ^dargestellt.In Fig. 1, a measuring spring body 1 is surrounded by a housing 2, on the bottom 3 of which the measuring spring body 1 with a spherical end face 4 rests. The measuring spring body 1 is turned out over part h of its length. A Krafteinleitjngsstelze 5, which also has spherical end faces, protrudes into this recess. The measuring spring body is supported at its end facing the load P with a horizontal membrane 6 against the housing 2. The membrane is clamped between the jacket of the housing 2 and a housing cover 7. The membrane is attached to the measuring spring body 1 with the aid of a ring 8. A transverse force Q is shown as an arrow like the load ^.

In Fig.2 sind der Meßfederkörper und die auf ihn einwirkenden Kräfte für sich dargestellt. Die gesamte Länge des Meßfederkörpers ist mit Im bezeichnet. Die Länge des ausgedrehten Teils wird wie in Fi g. 1 mit h angegeben. Die der Einfachheit halber nicht dargestellte Krafteinleitungsstelze soll unter einer Querkraft teilweise abgerollt sein. Die aus der Last und der Querkraft resultierende Kraft S ist als Pfeil eingezeichnet. Der Krafteinleitungspunkt ist um b aus der Achse des Meßfederkörpers nach rechts verschoben. Die resultierende Kraft S kann am Krafteinleitungspunkt in eine senkrechte Kraft P und in eine horizontale Kraft Ph zerlegt werden. Der Winkel zwischen 5 und P sei λ genannt. An einem unteren Auflagepunkt M des Meßfederkörpers 1 wirkt der Kraft P eine entgegengesetzte Reaktionskraft P' entgegen. Ebenso wirkt an diesem Punkt eine der Horizontalkraft Ph entgegengesetzte Reaktionskraft Ph- Außerdem wirkt am oberen Rand des Meßfederkörpers von der Membran her eine Gegenkraft H. In Figure 2, the measuring spring body and the forces acting on it are shown separately. The entire length of the measuring spring body is denoted by Im . The length of the turned part is as shown in FIG. 1 indicated with h. The force introduction stilt, not shown for the sake of simplicity, should be partially unrolled under a transverse force. The force S resulting from the load and the transverse force is shown as an arrow. The point of application of force is shifted to the right by b from the axis of the measuring spring body. The resulting force S can be broken down into a vertical force P and a horizontal force Ph at the point where the force is introduced. The angle between 5 and P is called λ. At a lower support point M of the measuring spring body 1, the force P is counteracted by an opposing reaction force P ' . Likewise, one of the horizontal force Ph acts at this point opposite reaction force Ph- also acts on the upper edge of the Meßfederkörpers of the membrane creates a counter-force H.

An der Fig.2 werden die Gleichgewichtsbedingunsren für die auf den Meßfederkömer einwirkenden Kräfte und Momente abgeleitet. Die Gleichgewichtsbedingung für senkrechte Kräfte lautet:The equilibrium conditions are shown in FIG derived for the forces and moments acting on the measuring spring head. The equilibrium condition for perpendicular forces reads:

P - P' = 0. P - P ' = 0.

Für die waagrechten Kräfte lautet die Gleichgewichtsbedingung: The equilibrium condition for the horizontal forces is:

P₁₁ - P'_H - H = 0.
Weiter läßt sich aus der Figur ableiten, daß
P₁₁ = P ■ tan λ P ₁₁ - P ' _H - H = 0.
It can also be deduced from the figure that
P ₁₁ = P · tan λ

ist. Damit ergibt sich als Gleichgewichtsbedingung für die waagrechten Kräfte:is. This results in the equilibrium condition for the horizontal forces:

P - tan χ - P'„ - H = 0. P - tan χ - P '"- H = 0.

Die Gleichgewichtsbedingung für Momente um einen Drehpunkt bei M lautet:The equilibrium condition for moments about a pivot point at M is:

P ■ b - H ■ Im + P₁₁ ■ I₀ = 0.
Mit dem obenstehenden Ausdruck
P₁₁ = P ■ tan λ
ergibt sich daraus P ■ b - H ■ Im + P ₁₁ ■ I ₀ = 0.
With the above expression
P ₁₁ = P · tan λ
results from it

P ■ b - H ■ Im + P · I₀ ■ tan λ = 0.
Nach Haufgelöst wird daraus P ■ b - H ■ Im + P · I ₀ ■ tan λ = 0.
It is resolved for H

b + I₀ ■ tan λ b + I ₀ ■ tan λ

H = PH = P

Imin the

Soll auf den Meßfederkörper kein Biegemoment einwirken, dann muß P// = 0 sein. Mit dieser Bedingung wird aus Gleichung (1)If no bending moment is to act on the measuring spring body, then P // = 0. With this condition becomes from equation (1)

P · lan \ =-- H. P lan \ = - H.

Wird diese Gleichung in Gleichung (2) eingesetzt, so ergibt sichIf this equation is inserted into equation (2), the result is

lan λ = -lan λ = -

b + I₀ ■ tan ,* b + I ₀ ■ tan, *

Imin the

und daraus folgt:and from this it follows:

tan λ — — ; .tan λ - - ; .

Im - I₀ Im - I ₀

α. ist der Winkel zwischen der resultierenden Kraft 5 und der Senkrechten, tan λ kann auch als Verhältnis der α. is the angle between the resulting force 5 and the vertical, tan λ can also be used as the ratio of

bü Querkraft zur Meßkraft aufgefaßt werden, b ist die Entfernung des Berührungspunktes der unter der QuerkVaft abgerollten Lasteinleitungsstelze mit dem Meßfederkörper von der Meßfederkörperachse, kurz auch als Außermittigkeit des Lastangriffspunktesbü transverse force can be interpreted as the measuring force, b is the distance of the point of contact between the load introduction stilt, unrolled under the transverse force, with the measuring spring body from the measuring spring body axis, also referred to as the eccentricity of the load application point

b^r> bezeichnet. Im—k ist der Abstand, den die Membran von der Krafteinleitungsebene des Meßfederkörpers hat. Der Winkel λ ist mit der Außermittigkeit des Lastangriffspunktes b über die Länge der Krafteinlei-b ^r > denotes. Im — k is the distance that the membrane has from the plane of force application of the measuring spring body. The angle λ is with the eccentricity of the load application point b over the length of the force application

tungsstelze und den Radien ihrer kalottenförmigen Stirnflächen verknüpft. Die genauen Zusammenhänge werden später anhand der F i g. 3 abgeleitet.tungsstelze and the radii of their dome-shaped end faces linked. The exact connections will be discussed later with reference to FIG. 3 derived.

Wenn die Abmessungen der Krafteinleitungsstelze Länge und Abrundungsradius und der Abstand der Membran von der Lasteinleitungsebene so ausgewählt werden, daß die Gleichung (3) erfüllt wird, so wirkt auf den Meßfederkörper unabhängig von der Stellung der Krafteinleitungsstelze und damit auch unabhängig von einer eventuellen Querkraft nur noch die axial wirkende Meßkraft ein. Die Form des Meßfederkörpers spielt dabei keine Rolle.If the dimensions of the force introduction stilt length and radius of curvature and the distance of the Membrane are selected from the load application level so that equation (3) is fulfilled, so acts on the measuring spring body independent of the position of the force introduction stilt and thus also independent of a possible transverse force only the axially acting measuring force. The shape of the measuring spring body plays it doesn't matter.

Im Vorausgehenden wird also in der Gleichgewichtsbedingung für horizontal wirkende Kräfte die Kraft Ph' = 0 gesetzt, weii unter dieser Bedingung kein Biegemoment am Meßfederkörper auftritt. Mit dem Ergebnis dieser Voraussetzung wird in die Gleichgewichtsbedingung für die Momente eingegangen und daraus eine Beziehung zwischen tan α oder gleichbedeutend dem Querkraft-Meßkraft-Verhältnis und dem Verhältnis der Außermittigkeit des Kraftangriffspunktes und dem Membranabstand von der Lasteinleitungsebene erhalten. In the foregoing, the force Ph ' = 0 is set in the equilibrium condition for horizontally acting forces, since under this condition no bending moment occurs on the measuring spring body. With the result of this prerequisite, the equilibrium condition for the moments is entered and from this a relationship between tan α or, equivalent, the transverse force-measuring force ratio and the ratio of the eccentricity of the force application point and the membrane distance from the load application plane is obtained.

Aus der F i g. 3 läßt sich nun noch eine zweite Beziehung zwischen dem Querkraft-Meßkraft-Verhältnis und der Außermittigkeit b ableiten, in der auch die Konstruktionsgrößen Stelzenlänge und Kalottenradius erscheinen. Durch einen Vergleich der beiden Beziehungen wird eine dritte Beziehung gewonnen, die nur noch Konstruktionsgrößen enthält. In F i g. 3 ist schematisch die unter einem Krafteinfluß abgerollte Krafteinleitungsstelze dargestellt. Die Figur ist vollkommen unmaßstäblich. Um die an ihr abgeleiteten geometrischen Beziehungen erkennen zu können, ist sie gegenüber den wirklichen Verhältnissen außerordentlich verzerrt gezeichnet. In Wirklichkeit besteht beispielsweise zwischen der Quer- und der Meßkraft ein Verhältnis von höchstens 10%. Der Kippwinkel der Stelze beträgt höchstens 4 bis 5°. Die Kalottenflächen der Krafteinleitungsstelze werden symbolisiert durch Kreisabschnitte mit den Radien R. Die Abrollebenen sind dargestellt durch Geraden I und II. Der zeichnerischen Einfachheit halber ist die Krafteinleitungsstelze senkrechtstehend und die Abrollebenen I und II an den Kalottenflächen abgerollt gedacht. Der Winkel α stellt in der Fig.3 die Abweichung der Verbindungslinie der beiden Berührungspunkte der Kalottenflächen gegenüber der Senkrechten auf die Abrollebenen dar. a bedeutet die Länge der Krafteinleitungsstelze, e ist der Abstand der beiden Berührungspunkte von der Senkrechten auf die Abrollebenen I und II durch den Punkt C Dann läßt sich aus dem Dreieck A CDableiten:From FIG. 3 a second relationship can now be derived between the transverse force-measuring force ratio and the eccentricity b , in which the construction parameters stilt length and dome radius also appear. By comparing the two relationships, a third relationship is obtained which only contains construction quantities. In Fig. 3 the force introduction stilt unrolled under the influence of force is shown schematically. The figure is completely immeasurable. In order to be able to recognize the geometrical relationships derived from it, it is drawn extraordinarily distorted compared to the real relationships. In reality, for example, there is a ratio of at most 10% between the transverse force and the measuring force. The tilt angle of the stilt is a maximum of 4 to 5 °. The spherical surfaces of the force introduction stilts are symbolized by circular segments with the radii R. The rolling planes are represented by straight lines I and II. For the sake of simplicity of the drawing, the force transmitting stilt is vertical and the rolling planes I and II are intended to be rolled off the spherical surfaces. The angle α in Figure 3 represents the deviation of the connecting line between the two points of contact of the spherical surfaces from the perpendicular to the rolling planes the point C Then from the triangle A C one can derive:

tan λtan λ

lele aa

Dies gilt genügend genau für kleine Winkel. Mit b als Bogen, den die Kalottenfläche bei Schrägstellung der Krafteinleitungsstelze abrollt, ergeben sich aus der Ähnlichkeit der Dreiecke A B Fund CEF. This applies with sufficient accuracy to small angles. The similarity of the triangles AB Fund CEF results from the similarity of the triangles with b as the arch that the dome surface rolls off when the force introduction stilts are inclined.

oder das Querkraft-Meßkraft-Verhältnis:or the transverse force-measuring force ratio:

b.b.

3535

6060

IR - a
tan \ = — IR - a
tan \ = -

a-Ra-R

Wird dieser Ausdruck verglichen mit der Gleichunj (3), wobei für Im—Io gesetzt wird Λ, so ergibt sich:If this expression is compared with equation (3), where is set for Im - Io, then we get:

. _ a ■ R
' ~ ~2R~~V ' . _ a ■ R
'~ ~ 2R ~~ V'

Dies ist eine Beziehung, in der nur noch di<This is a relationship in which only di <

Konstruktionsgrößen Stelzenlänge, Membranabstanc und Kalottenradius vorkommen. Wird für das Verhält nis Kalüttenradius durch Stelzeniänge π gesetzt, se ergibt sich:Construction sizes of stilt length, membrane spacing and dome radius occur. If the ratio Kalüttenradius is set by the stilt length π , the result is:

h = h =

2(12 (1

a ■ η In - 1 a ■ η In - 1

In - I ' In - I '

Dies ist eine Beziehung zwischen den Konstruktions größen. Bei ihrer Einhaltung ist gewährleistet, daß au den Meßfederkörper keine Biegemomente einwirken.This is a relationship between the construction sizes. If they are observed, it is guaranteed that au no bending moments act on the spring body.

Eine Waagenplattform, die auf Wägezellen mi Krafteinleitungsstempeln unmittelbar oder über Druck stücke gelagert ist, hat ein gewisses Spiel. Sie kann siel unter Erwärmung oder bei einseitiger Belastunj gegenüber den Wägezellen parallel verschieben. E treten also parallel verschiebliche Abrollebenen für di( Kugelkalotten der Krafteinleitungsstelzen auf.A scale platform that is placed on load cells with force application stamps directly or via pressure pieces is stored has a certain play. She can fall Move parallel to the load cells when heated or when the load is on one side. E. there are thus parallel, displaceable rolling planes for di (spherical caps of the force introduction stilts.

Mit Einführung von gals horizontale Relativverschie bung der parallelen Abrollebenen I und 11, die eine Parallelverschiebung zwischen einem Druckstück mi der Abrollebene I und dem Meßfederkörper mit de Abrollebene Il beim abrollenden Stempel entsprich! gilt für den Abrollvorgang:With the introduction of g as a horizontal relative displacement of the parallel rolling planes I and 11, which corresponds to a parallel displacement between a pressure piece mi of the rolling plane I and the measuring spring body with the rolling plane II when the stamp is rolling! applies to the unwinding process:

S = 2(b-e). S = 2 (be).

Wird in diese Beziehung die Gleichung (5) eingesetzi so ergibt sich:If the equation (5) is substituted into this relation so it results:

b =b =

g -g -

Unter der angenommenen Voraussetzung war da Querkraft-Meßkraft-VerhältnisUnder the assumption that there was a transverse force-measuring force ratio

— = tan λ.- = tan λ.

Aus den Gleichungen (4), (5), (6) und (7) ergibt sich dii GleichungThe equations (4), (5), (6) and (7) result in dii equation

die den Zusammenhang zwischen der oben erwähnte: Parallelverschiebung und dem Querkraft-Meßkraft Verhältnis dargestellt Wird auch hier zur Vereinfa chung das Verhältnis Kalottenradius durch Stelzenlängwhich the connection between the above mentioned: parallel displacement and the transverse force measuring force Ratio is also shown here for the sake of simplicity, the ratio of the calotte radius to the length of the stilt

■ b.■ b.

Auch diese Beziehung gilt genügend genau für kleine Winkel. Wird (5) in (4) eingesetzt, so erhält man für tan αThis relationship is also sufficiently accurate for small angles. If (5) is inserted in (4), one obtains α for tan

C5\ — = η eingeführt, so wird daraus:C5 \ - = η is introduced, it becomes:

' 65 α'65 α

H (2π - 1 H (2π - 1

Mit β als Schrägneigung der Stelze aus der Senkrechten wirdWith β as the inclination of the stilt from the vertical, becomes

b 2Rr,b 2Rr,

360 .360

Daraus ergibt sich mit der Gleichung (6) zusammenThis results together with equation (6)

a ■ πa ■ π

180180

(H)(H)

als Zusammenhang zwischen der Parallelverschiebung g und der Schrägneigung der Stelze.as the relationship between the parallel displacement g and the inclination of the stilt.

hi F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Kraftmeßdose nach der Erfindung gezeigt. In einem Gehäuse 10, das durch einen Deckel 11 verschlossen werden kann, ist ein rohrförmiger Meßfederkörper 12 aufgestellt, dessen untere Stirnfläche auf dem Boden des Gehäuses 10 aufsitzt und mit Schrauben 13 dort befestigt ist. Auf der oberen Stirnfläche des rohrförmigen Meßfederkörpers 12 liegt der Rand eines topfförmigen Einsatzes 14 auf. Er ist mit dem Meßfederkörper durch Schrauben 15 fest verbunden. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Deckel 11 einerseits und dem Rand des Einsatzes 14 und derhi F i g. 4 is a longitudinal section through an embodiment of a load cell according to the invention shown. In a housing 10, which is covered by a cover 11 can be closed, a tubular measuring spring body 12 is set up, the lower end face sits on the bottom of the housing 10 and is fastened there with screws 13. On the top The end face of the tubular measuring spring body 12 rests on the edge of a cup-shaped insert 14. He is with firmly connected to the measuring spring body by screws 15. Between the housing 10 and the cover 11 on the one hand and the edge of the insert 14 and the

oberen Stirnfläche des Meßfederkörpers 12 andererseits ist eine Membran 16 eingespannt, die Querkräfte an das Gehäuse ableitet. Auf dem ebenen Boden 17 des Einsatzes 14 ruht eine Krafteinleitungsstelze 18, deren beidseitige Stirnflächen Kugelkalotten mit dem Krümmungsradius /?sind. Die Längs der Krafteinleitungsstelze 18 ist gemäß den Bezeichnungen der vorhergehenden Figur mit a und der Membranabstand vom Boden 17 mit Λ bezeichnet. In eine Seitenwand des Gehäuses 10 ist eine Anschlußplatte 19 eingelassen, über die nicht dargestellte Dehnungsmeßstreifen, die am Meßfederkörper 12 befestigt sind, an einen elektrischen Schaltkreis angeschlossen werden können.On the other hand, a membrane 16 is clamped in on the upper end face of the measuring spring body 12, which dissipates transverse forces to the housing. On the flat floor 17 of the insert 14 rests a force introduction stilt 18, the two-sided end faces of which are spherical caps with the radius of curvature /?. The length of the force introduction stilt 18 is denoted by a according to the designations of the previous figure and the membrane distance from the floor 17 is denoted by Λ. A connection plate 19 is embedded in a side wall of the housing 10, via which strain gauges (not shown), which are attached to the measuring spring body 12, can be connected to an electrical circuit.

In der F i g. 5, die einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt, sind mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 übereinstimmende Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, daß der Meßlederkörper 12 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sich nicht unmittelbar auf dem Boden des Gehäuses 10 abstützt. Er ist vielmehr mit Schrauben 20 auf einer kugelig abgerundeten Grundplatte 21 befestigt, die ihrerseits auf einer gehärteten Stahlplatte 22 ruht, die mit Schrauben 23 mit dem Gehäuseboden verbunden ist.In FIG. 5, which shows a longitudinal section through a second embodiment, are with the Embodiment according to Figure 4 matching components with the same reference numerals. The only difference between the two embodiments is that the measuring leather body 12 in the exemplary embodiment according to FIG. 5 is not directly on the bottom of the housing 10 supports. Rather, it is fastened with screws 20 on a spherically rounded base plate 21, which in turn rests on a hardened steel plate 22 which is connected with screws 23 to the housing base.

Hier/u 4 Blatt ZeichnungenHere / u 4 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kraftmeßdose mit einem eine eventuelle Querkraft über eine Membran an ein Gehäuse abführenden Meßfederkörper und einer in Lastrichtung unterhalb der Membran sich auf den Meßfederkörper abstützenden, kugelkalottenförmige Abrollflächen aufweisenden, über ein Druckstück belasteten Krafteinleitungsstelze, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Voraussetzung eines kleinen Querkraft-/Lastverhältnisses und einer der Stelze gegenüberliegenden ebenen Fläche des Druckstücks der Abstand (h)der neutralen Faser der Membran (6,16) von einer ebenen Krafteinleitungsfläche (17) an dem Meßfederkörper (1, 12) gleich dem -Quotienten aus dem Kugelradius (R) der kartenförmigen Abrollflächen und dem um Eins verminderten doppelten Verhältnis des Kugelradius (R)tmt Stelzenlänge (a)ist 1. Load cell with a possible transverse force via a membrane to a housing dissipating measuring spring body and a spherical cap-shaped rolling surfaces supported on the measuring spring body in the load direction below the membrane, loaded via a pressure piece, force introduction stilts, characterized in that, provided that a small transverse force / Load ratio and a flat surface of the pressure piece opposite the stilt the distance (h) of the neutral fiber of the membrane (6, 16) from a flat force application surface (17) on the measuring spring body (1, 12) equal to the quotient from the spherical radius (R ) of the card-shaped rolling surfaces and the double ratio of the spherical radius (R) tmt stilt length (a) reduced by one 2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der lastseitigen Stirnfläche eines rohrförmigen Meßfederkörpers ein topfartiger Einsatz (14) aufliegt, dessen Bodenfläche (17) als Abrollebene für die untere Kugelkalotte der Krafteinleitungsstelze (18) dient. 2. Load cell according to claim 1, characterized in that a pot-like insert (14) rests on the load-side end face of a tubular measuring spring body, the bottom surface (17) of which serves as a rolling plane for the lower spherical cap of the force introduction stilt (18). 3. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Stirnfläche des Meßfederkörpers (12) mit dem Boden eines Kraftmeßdosengehäuses (10) fest verbunden ist.3. Load cell according to claim 1 or 2, characterized in that the lower end face of the Measuring spring body (12) is firmly connected to the bottom of a load cell housing (10). 4. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unteren Stirnfläche des Meßfederkörpers (12) und dem Boden des Kraftmeßdosengehäuses (10) ein mit einer kugeligen Fläche auf dem Boden ruhendes Zwischenstück (21) eingefügt ist.4. Load cell according to claim 1 and 2, characterized in that between the lower end face of the measuring spring body (12) and the bottom of the load cell housing (10) with a spherical Surface resting on the ground intermediate piece (21) is inserted. 5. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Meßfederkörpers (12) eine vollständige Kraftmeßdose innerhalb eines zweiten Gehäuses über einen topfförmigen Einsatz und eine Krafteinleitungsstelze belastet ist.5. Load cell according to claim 1 or one of the preceding claims, characterized in that that instead of a measuring spring body (12) a complete load cell within a second Housing is loaded via a cup-shaped insert and a force transmission stilt.