DE3204006A1 - Device for measuring force or weight - Google Patents

Abstract

In a device for measuring force or weight, in which the force or the weight acts on an elastic spring element having at least an approximately rectilinear spring characteristic and in which the deformation path of the spring element can be measured by a commercially available length measuring instrument, it is arranged, in order for a commercially available length measuring instrument directly to permit the force or a weight acting on the device to be read off, that the length measuring instrument (6) can engage at a position of the spring element (2) such that it measures only a component of the total deformation path, in such a way that a variation in the display of the length measuring instrument (6) by one length unit corresponds to a variation in the force or weight acting on the spring element (2) by one force or weight unit (or one or more powers of ten thereof), and that the number of the length units displayed by the length measuring instrument (6) corresponds to the number of the force or weight units (or one or more powers of ten thereof) acting on the spring element (2). <IMAGE>

Description

Vorrichtung zur Messung von Kraft oder Gewicht Device for measuring force or weight

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Kraft oder Gewicht, bei der die Kraft oder das Gewicht auf ein elastisches Federelement mit wenigstens annähernd geradliniger Federkennlinie einwirkt, und bei der der Verformungsweg des Federelementes durch ein handelsübliches Längenmeßgerät meßbar ist.The invention relates to a device for measuring force or Weight, with which the force or the weight on an elastic spring element with at least approximately rectilinear spring characteristic acts, and in which the deformation path of the spring element can be measured by a commercially available length measuring device.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Das Federelement ist dabei vorzugsweise als sogenannter Kraftmeßring, d.h. als in sich geschlossenes, kreisringförmiges oder ovales Teil ausgebildet, welches an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen mit der zu messenden Kraft oder dem zu messenden Gewicht beaufschlagt wird. Die Veränderung des Durchmessers in Kraftrichtung wird dann z.B. mittels einer handelsüblichen Meßuhr ermittelt. Um nun aus der gemessenen Durchmesserveränderung auf die einwirkende Kraft schließen zu können, bedarf es eines Kraft-Weg-Diagrammes, welches bei der ursprünglichen Eichung des Kraftmeßringes erstellt wurde und aus welchem für jede gemessene Durchmesseränderung die zugehörige Kraft abgelesen werden kann.Such devices are known. The spring element is preferably as a so-called force measuring ring, i.e. as a self-contained, circular ring-shaped one or oval part formed, which on two diametrically opposite Places with the force to be measured or the weight to be measured is applied. The change in the diameter in the direction of the force is then e.g. Dial gauge determined. To now from the measured change in diameter to the acting To be able to close force, a force-displacement diagram is required, which is used in the original calibration of the force measuring ring was created and from which for each measured change in diameter, the associated force can be read off.

Dies zeigt, daß die Durchführung von Kraft- oder Gewichtsmessungen auf diese Weise wegen des Erfordernisses, ein Kraft-Weg-Diagramm benutzen zu müssen, nicht nur umständlich ist, sondern daß es auch mit der Gefahr der Fehlablesung im Diagramm behaftet ist.This shows that the performance of force or weight measurements in this way because of the need to use a force-displacement diagram, not just awkward is, but that there is also the risk of There is a misreading in the diagram.

Natürlich wäre es auch denkbar, bei derartigen Kraftmessungen ein Längenmeßgerät einzusetzen, welches mit veränderlichen Hebelübersetzungen ausgestattet ist, die eine Angleichung derart ermöglichen, daß aufgrund des gemessenen Weges die daraus resultierende Kraft unmittelbar angezeigt wird. Dies bedürfte jedoch eines erheblichen mechanischen Aufwandes und das zu erwartende Ergebnis dürfte wegen der Vielzahl der erforderlichen Gelenkstellen in diesen Hebelsystemen keine besonders hohe Genauigkeit erwarten lassen.Of course, it would also be conceivable to use a To use a length measuring device, which is equipped with variable leverage which allow an adjustment in such a way that due to the measured path the resulting force is displayed immediately. However, this would be necessary a considerable mechanical effort and the expected result should be because of Given the large number of articulation points required in these lever systems, none in particular high accuracy can be expected.

Schließlich sind derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen der unter Krafteinwirkung auftretende Verformungsweg an einem elastischen Federelement über einen elektronischen Verstärker auf ein Anzeigeinstrument übertragen wird. Dabei ist es möglich, die Spreizung des Meßbereiches und den Nullpunkt so einzustellen, daß das Anzeigegerät unmittelbar die auf das Federelement einwirkende Kraft anzeigt. Der Aufwand hierfür ist jedoch erheblich und durch die Einschaltung der ihrerseits fehlerbehafteten Elektronik ist auch hier mit gewissen Ungenauigkeiten zu rechnen.Finally, such devices are known in which the under Deformation path occurring on an elastic spring element via the action of force an electronic amplifier is transmitted to a display instrument. Included it is possible to set the spread of the measuring range and the zero point so that that the display device directly shows the force acting on the spring element. However, the effort for this is considerable and due to the involvement of you Faulty electronics can also be expected to have certain inaccuracies here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine Vorrichtung zu schaffen, bei der mit einfachsten Mitteln erreicht wird, daß ein handelsübliches Längenmeßgerät unmittelbar die Ablesung der auf die Vorrichtung einwirkenden Kraft bzw. des einwirkenden Gewichtes zu ermöglichen.The invention is based on the object while avoiding the described Disadvantages of creating a device that can be achieved with the simplest means is that a commercially available length measuring device directly reads the on the Device to enable acting force or the acting weight.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Längenmeßgerät an einer solchen Stelle des Federelementes angreift, daß es nur einen Teilbetrag des gesamten Verformungsweges mißt derart, daß eine Anderung der Anzeige des Längenmeßgerätes um eine Längeneinheit einer Anderung der auf das Federelement wirkenden Kraft oder Gewichtes um eine Kraft- oder Gewichtseinheit (oder einer oder mehreren Zehnerpotenzen davon) entspricht, und daß die Anzahl der vom Längenmeßgerät angezeigten Längeneinheiten der Anzahl der auf das Federlement wirkenden Kraft- oder Gewichtseinheiten (oder einer oder mehrerer Zehnerpotenzen davon) entspricht.According to the invention this is achieved in that the length measuring device engages at such a point of the spring element that it is only a partial amount of the entire deformation path measures in such a way that a change in the display of the length measuring device by a unit of length of a change acting on the spring element Force or weight by a force or weight unit (or one or more Powers of ten), and that the number of displayed by the length measuring device Length units of the number of force or weight units acting on the spring element (or one or more powers of ten).

Die Vorrichtung kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß das Federelement als Blattfeder ausgebildet ist und das Längenmeßgerät als Meßuhr, die entlang einer geradlinigen, parallel zur unbelasteten Blattfeder verlaufenden Führung verschiebbar und an dieser festklemmbar ist. Die erforderliche Eichung dieser Vorrichtung erfolgt nun dadurch, daß zunächst bei unbelasteter Blattfeder die Meßuhr auf ihrem Nullpunkt eingestellt wird. Anschließend wird die Blattfeder beispielsweise mit dem Gewicht 1 kg belastet. Die Meßuhr wird nun einen Zeigerausschlag zeigen, der zunächst keinen Rückschluß auf das einwirkende Gewicht zuläßt. Verschiebt man nun jedoch die Meßuhr entlang ihrer Führung so weit, bis sie gerade einen Teilstrich anzeigt, dann bedeutet dies, daß ein Teilstrich auf der Skala der Meßuhr den Wert von 1 kg Gewicht, das auf die Blattfeder wirkt, direkt entspricht. Man kann also, wenn man die Meßuhr in dieser Position festklemmt, an deren Skala unmittelbar den Wert des auf die Blattfeder einwirkenden Gewichtes ablesen.The device can for example be designed so that the spring element is designed as a leaf spring and the length measuring device as a dial gauge, which along a linear guide that runs parallel to the unloaded leaf spring and can be clamped to this. The required calibration of this device takes place now by the fact that the dial gauge is initially at its zero point with the leaf spring unloaded is set. Then the leaf spring is, for example, with the weight 1 kg loaded. The dial gauge will now show a pointer deflection, which initially does not Allows conclusions to be drawn about the acting weight. However, you now move the dial gauge along its guide until it just shows a division, then means this, that one graduation on the dial gauge scale shows the value of 1 kg of weight, that acts on the leaf spring, corresponds directly. So you can, if you have the dial gauge stuck in this position, on the scale directly the value of the on the leaf spring Read off the acting weight.

Es versteht sich, daß es dabei nicht auf die Relation: 1 Teilstrich der Meßuhr = 1 kg ankommt. Es kommt vielmehr nur darauf an, daß dem Wert 1 auf der Meßuhr der Wert 1 (oder eine oder mehrere Zehnerpotenzen davon) der auf das Federelement wirkenden Kraft oder Gewichtes entspricht. So kann also beispielsweise der Meßuhranzeige 1 pm die auf das Federelement wirkende Kraft von 100 N entsprechen. Es kann aber auch der Meßuhranzeige 1/10 mm die auf das Federelement wirkende Kraft 10 kN entsprechen.It goes without saying that it does not apply to the relation: 1 division the dial gauge = 1 kg arrives. Rather, it just depends on the value 1 on the Dial gauge reading 1 (or one or more powers of ten) on the spring element acting force or weight. So, for example, the dial gauge display 1 pm corresponds to the force of 100 N acting on the spring element. But it can also the dial gauge display 1/10 mm that acting on the spring element Force 10 kN.

Anstelle der beschriebenen Blattfeder kann gemäß der Erfindung auch ein Kraftmeßring ve-rwendet werden,bei welchem das Längenmeßgerät einerseits in dessen Bohrung an einer Stelle, an der die zu messende Kraft eingeleitet wird, und andererseits an einem quer zur Kraftrichtung verlaufenden Balken angreift, der an zwei einander gegenüberliegenden Punkten des Kraftmeßringes befestigt ist, die auf diesem verschieb- und festklemmbar angeordnet sind.Instead of the leaf spring described, according to the invention a force measuring ring can be used, in which the length measuring device on the one hand in its hole at a point where the force to be measured is introduced, and on the other hand acts on a transverse beam to the direction of force, which on two opposite points of the force measuring ring is attached to the This are arranged displaceable and clamped.

Der erforderliche Eichvorgang ist hier sinngemäß der gleiche wie vorher im Zusammenhang mit der Blattfeder beschrieben.The required calibration process is analogously the same as before described in connection with the leaf spring.

Im vorliegenden Falle werden die beiden Angriffspunkte für den quer verlaufenden Balken solange auf dem Kraftmeßring verschoben, bis das Längenmeßgerät die gewünschte Anzeige angibt.In the present case, the two points of attack for the transverse running bar moved on the force measuring ring until the length measuring device indicates the desired display.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Blattfeder in Ansicht, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Figur 1 und Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung in Ansicht.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. 1 shows a device according to the invention with a leaf spring in a view, FIG. 2 shows a section along line II-II of FIG. 1 and FIG. 3 shows another according to the invention Device in view.

Gemäß Figur 1 ist an einem Trägerteil 1 eine Blattfeder 2 angebracht, welche im unbelasteten Zustand die gestrichelt dargestellte PositiOn einnimmt.According to Figure 1, a leaf spring 2 is attached to a support part 1, which assumes the position shown in dashed lines in the unloaded state.

Auf diese Blattfeder 2 kann mittels eines Stößels 3, welcher in einer Bohrung des Trägerteils 1 geführt ist, ein Kraft ausgeübt werden, wodurch die Blattfeder 2 nach oben durchgebogen wird.On this leaf spring 2 can by means of a plunger 3, which in a Bore of the support part 1 is guided, a force is exerted, whereby the leaf spring 2 after is bent at the top.

An dem Trägerteil 1 ist in einer Gleitführung 4 der Bügel 5 längsverschiebbar gelagert, welcher an seinem oberen Ende eine Meßuhr 6 trägt, deren Meßstift 7 auf der Oberfläche.der Blattfeder 2 anliegt.On the carrier part 1, the bracket 5 is longitudinally displaceable in a sliding guide 4 stored, which carries a dial gauge 6 at its upper end, the measuring pin 7 on the surface of the leaf spring 2 is applied.

In Figur 1 ist durch mehrere nebeneinander eingezeichnete Pfeile dargestellt, daß die Durchbiegung der Blattfeder 2 bei Belastung über ihre Länge ganz unterschiedliche Werte annimmt. Dadurch, daß die Meßuhr auf dem Bügel 5 entlang der Gleitführung verschiebbar angeordnet ist, kann sie somit durch Längsverschiebung auf einen beliebigen Wert eingestellt werden. Es ist auf diese Weise möglich, zur Eichung den Bügel 5 soweit längs der Blattfeder 2 zu verschieben, daß die Meßuhranzeige dem Wert der auf die Blattfeder einwirkenden Kraft (oder einer oder mehrerer Zehnerpotenzen davon)-direkt entspricht.In Figure 1 is shown by several arrows drawn side by side, that the deflection of the leaf spring 2 when loaded over its length very different Values. Because the dial gauge is on the bracket 5 along the sliding guide is arranged displaceably, it can thus by longitudinal displacement to any Value can be set. In this way it is possible to use the bracket 5 so far along the leaf spring 2 to move that the dial gauge display the value of the Force acting on the leaf spring (or one or more powers of ten) -directly is equivalent to.

In Figur 3 ist ein Meßring 8 dargestellt, der an zwei diametral gegenüberliegenden Enden mit Gewindestücken 9 versehen i.st, mit denen er mit weiteren Elementen verbunden werden kann, über die eine Druck- oder Zugkraft auf ihn ausgeübt werden kann. Normalerweise wird bei derartigen Meßringen die eingesetzte Meßuhr 10 unmittelbar den Bohrungsdurchmesser des Meßringes und dessen Veränderung bei Belastung messen.In Figure 3, a measuring ring 8 is shown, which on two diametrically opposite Ends provided with threaded pieces 9 i.st, with which it is connected to other elements can be, through which a compressive or tensile force can be exerted on him. Normally In the case of such measuring rings, the dial gauge 10 used directly determines the bore diameter of the measuring ring and its change under load.

Gemäß der Erfindung liegt nun die Meßuhr einerseits oben an der Stelle der Bohrung des Meßringes an, an welcher die Kraft eingeleitet wird, während sie unten an einem quer verlaufenden Balken 11 anliegt, der an zwei einander gegenüberliegenden Punkten 12 des Meßringes 8 befestigt ist.According to the invention, the dial gauge is now on the one hand at the top of the point the bore of the measuring ring to which the force is introduced while it at the bottom of a transverse bar 11 rests on two opposite one another Points 12 of the measuring ring 8 is attached.

Diese Punkte 12 befinden sich auf Gleitstücken 13, die entlang des Meßringes 8 verschoben und mittels der Rändelschrauben 14 festgeklemmt werden können. Um einerseits die Verstellmöglichkeit der Gleitstücke 13 und andererseits die freie Verformbarkeit des Meßringes 8 zu gewährleisten, ist der Balken 11 mit Langlöchern 15 versehen.These points 12 are located on sliders 13 that run along the Measuring ring 8 can be moved and clamped by means of the knurled screws 14. On the one hand, the Adjustment of the sliders 13 and on the other hand To ensure the free deformability of the measuring ring 8, the bar 11 is with Long holes 15 provided.

Die Angabe im Hauptanspruch, daß das Längenmeßgerät an einer solchen Stelle des federelementes angreift, daß es nur einen Teilbetrag des gesamten Verformungsweges mißt, ist bei Verwendung einer Blattfeder so zu verstehen, daß das Längenmeßgerät auch an einem über den Kraftangriffspunkt hinaus gehenden Bereich der Blattfeder angreifen kann, wie es in Figur 1 am freien Ende der Blattfeder 2 durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist.The statement in the main claim that the length measuring device on such Place of the spring element attacks that it is only a part of the total deformation path measures, is to be understood when using a leaf spring that the length measuring device also at an area of the leaf spring that goes beyond the point of application of force can attack, as shown in Figure 1 at the free end of the leaf spring 2 by the Is indicated by arrows.

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Claims (4)

Ansprüche 1. Vorrichtung zur Messung von Kraft oder Gewicht, bei der die Kraft oder das Gewicht auf ein elastisches Federelement mit wenigstens annähernd geradliniger Federkennlinie einwirkt, und bei der der Verformungsweg des Federelementes durch ein handelsübliches Längenmeßgerät meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmeßgerät (6, 10) an einer solchen Stelle des Federelementes (2, 8) angreift, daß es nur einen Teilbetrag des gesamten Verformungsweges mißt, derart, daß eine änderung der Anzeige des Längenmeßgerätes (6, 10) um eine Längeneinheit einer änderung der auf das Federelement (2, 8) wirkenden Kraft oder Gewichtes um eine Kraft- oder Gewichtseinheit (oder eine oder mehrere Zehnerpotenzen davon) entspricht, und daß die Anzahl der vom Längenmeßgerät (6, 10) angezeigten Längeneinheiten der Anzahl der auf das Federelement (2, 8) wirkenden Kraftoder- Gewichtse.inheiten (oder einer oder mehrerer Zehnerpotenzen davon) entspricht. Claims 1. Device for measuring force or weight, at which the force or the weight on an elastic spring element with at least approximately straight spring characteristic acts, and in which the deformation path of the spring element can be measured by a commercially available length measuring device, characterized in that the length measuring device (6, 10) engages at such a point on the spring element (2, 8), that it measures only a portion of the total deformation path, such that one Change in the display of the length measuring device (6, 10) by one length unit of a change the force or weight acting on the spring element (2, 8) by a force or Unit of weight (or one or more powers of ten) and that the number of length units of the number displayed by the length measuring device (6, 10) the force or weight units acting on the spring element (2, 8) (or one or several powers of ten). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als Blattfeder (2) ausgebildet ist, und das Längenmeßgerät (6) entlang einer geradlinigen, parallel zur unbelasteten Blattfeder verlaufenden Führung (4) verschiebbar und an dieser festklemmbar ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the spring element is designed as a leaf spring (2), and the length measuring device (6) along a straight line, parallel to the unloaded leaf spring running guide (4) displaceable and on this can be clamped. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als Kraftmeßring (8) ausgebildet ist und das Längenmeßgerät (10) einerseits in dessen Bohrung an einer Stelle, an der die zu messende Kraft eingeleitet wird, und andererseits an einem quer zur Kraftrichtung verlaufenden Balken (11) angreift, der an zwei einander 'gegenüberliegenden Punkten (12) des Kraftmeßringes (8) befestigt ist, die auf diesem verschieb-und festklemmbar angeordnet sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the spring element is designed as a force measuring ring (8) and the length measuring device (10) on the one hand in its Drilling at one point where the force to be measured is introduced and the other engages on a transverse to the direction of force extending beam (11), which on two each other 'opposite Points (12) of the force measuring ring (8) is attached, which slide on this and Are arranged clampably. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmeßgerät eine handelsübliche Meßuhr (6, 10) ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the length measuring device is a commercially available dial gauge (6, 10).