DE4009019C2 - Kreisplattenfeder für eine Kraftmeßzelle - Google Patents
Kreisplattenfeder für eine KraftmeßzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kreisplattenfeder für eine
Kraftmeßzelle mit biegesteifem abstützenden Außenrand,
einer ersten axialsymmetrisch profilierten Oberfläche der
Kreisplattenfeder mit einem mittigen Ansatz zum axialen Einleiten einer Kraft und einer dieser gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche, auf der mindestens je ein Dehnungsmeß
streifen innerhalb und außerhalb einer umlaufenden radial
dehnungsfreien Linie angeordnet ist.
Kreisplattenfedern für Kraftmeßzellen sind bekannt und
stellen einen besonders geeigneten Federkörper für flache,
kompakte Kraftmeßzellen dar. Die radiale Dehnungs
verteilung läßt sich durch geeignete Profilierung der
Kreisplattenfeder in weiten Grenzen variieren.
Aus der deutschen Patentanmeldung 38 23 673 ist ein
Druck- bzw. Kraftaufnehmer mit einer axialsymmetrischen
druck- bzw. kraftaufnehmenden Kreisplattenfeder bekannt,
die einen verstärkten, als Auflage auf einem Träger
dienenden Randbereich und eine geeignete profilierte
Oberfläche hat. Die andere Oberfläche dieser Kreisplatten
feder ist plan ausgestaltet, um in Folien- oder Dünnfilm
technik aufgebrachte Dehnungsmeßstreifen aufzunehmen. Die
Kreisplattenfeder ist verhältnismäßig dünn, so daß die
Auswirkung der Profilierung der einen Seite der Kreis
plattenfeder auf die andere gegenüberliegende plane Seite,
die die Dehnungsmeßstreifen trägt, ausreichend groß ist,
so daß eine Dehnungsjustierung, d. h. gleichmäßige
Aufteilung der radial gestauchten und gedehnten Oberfläche
auf die Dehnungsmeßstreifen möglich ist. Da die Kreis
plattenfeder statisch die zu messende Kraft abstützt, muß
die Kreisplattenfeder für hohe Lasten eine entsprechend
große Dicke aufweisen. Hierbei ergibt sich jedoch der
Nachteil, daß die Auswirkung des einseitigen Profils der
Kreisplattenfeder auf die gegenüberliegende Meßfläche so
gering ist, daß die für eine hohe Linearität unerläßliche
Gleichbemessung des Betrages der positiven und der
negativen radialen bzw. tangentialen Dehnung nicht mehr
erreichbar ist. Dieses Problem kann auch nicht dadurch
beseitigt werden, daß ein technisch kaum realisierbarer
extrem biegesteifer Außenflansch vorgesehen wird. Es
bleibt somit ein niedrigeres Maximum der Radialdehnung im
Außenbereich, verglichen mit dem Maximum im Inneren der
von radialen Dehnungen freien Ringzone bzw. Linie
vorhanden. Dieses Problem kann auch nicht dadurch behoben
werden, daß die die positive Dehnung detektierenden
innenliegenden Dehnungsmeßstreifen vom Dehnungsmaximum weg
zu niedrigeren Dehnungswerten verlagert werden, da dabei
einerseits Meßempfindlichkeit verlorgengeht und anderer
seits die genaue Positionierung dieser Dehnungsmeßstreifen
auf der Dehnungsflanke sehr kritisch ist. Die bekannte
Kreisplattenfeder ist für hohe zu messende Kräfte daher
wenig geeignet.
Aus der DE 27 29 064 C2 ist eine aus zwei Kreisplattenfedern bestehende
Kraftmeßzelle bekannt. Zur Aufnahme von Verbindungsleitungen ist in der mit
Dehnungsmeßstreifen versehenen Oberfläche der zweiten Kreisplattenfeder eine Nut
vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreisplattenfeder zu schaffen, die
auch für hohe Lasten die Vorteile der bekannten Kreisplattenfeder und eine
harmonisierte Dehnungsverteilung auf der mit Dehnungsmeßstreifen versehenen
Oberfläche aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der zweiten
Oberfläche der Kreisplattenfeder in einem dem Ansatz gegenüberliegenden
Mittelbereich zwischen dem innerhalb der radialdehnungsfreien Linie angeordneten
Dehnungsmeßstreifen und dem Zentrum der Kreisplattenfeder mindestens eine
Ausnehmung zur Erniedrigung der zentrumsnahen positiven Dehnung auf dieser
Oberfläche angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
die Ausnehmungen derart bemessen und angeordnet, daß die
axial über einen mittigen Ansatz eingeleitete Kraft an den
innerhalb und außerhalb der radialdehnungsfreien Linie
angeordneten Dehnungsmeßstreifen radiale und/oder
tangentiale Dehnungskomponenten mit unterschiedlichem
Vorzeichen aber gleichem Betrag hervorruft. Die Position
der Ausnehmung zur Mitte der Kreisplattenfeder und ihre
Tiefe und Form bestimmen den Bereich und Grad, in dem eine
erniedrigte radiale und/oder tangentiale Dehnung
auftritt.
Vorteilhaft sind die Ausnehmungen derart bemessen und zum
Zentrum der Kreisplattenfeder beabstandet, daß die Nicht
linearität des Zusammenhangs zwischen der zentral einge
leiteten Meßkraft und dem Ausgangssignal des Systems der
Dehnungsmeßstreifen sich nahezu kompensiert.
Mit dieser erfindungsgemäßen Kreisplattenfeder, die
ausschließlich die oberflächennahen Dehnungswerte im
Mittelbereich der Meßfläche reduziert, ohne dabei die
Gesamttragfähigkeit der Kreisplattenfeder zu beein
trächtigen, ist es gelungen, eine Kreisplattenfeder zu
realisieren, bei der auch bei großen Kräften die wichtige
Symmetrierung der Dehnungs-Extremwerte vorliegt. Die
dehnungsausgleichende Ausnehmung bzw. Ausnehmungen im
Mittelbereich können in Tiefe, Radius und Form variieren,
bezüglich des Zentrums nicht rotationssymmetrisch sein
und auch später noch zu Justierzwecken verändert werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kreisplatten
feder stellt die durch die Ausnehmung verringerte,
eventuell zu polierende Fläche zur Aufbringung der
Dehnungsmeßstreifen dar. Ferner kann durch die Schwächung
des Mittelbereichs auch die Nichtlinearität des
Kraftaufnehmers gezielt beeinflußt werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kreisplattenfeder mit einer
zentralen Ausnehmung,
Fig. 1a den auf der Fläche der Dehnungsmeßstreifen
gewünschten Dehnungsverlauf ε (r) der Kreis
plattenfeder nach Fig. 1,
Fig. 1b den auf der Fläche der Dehnungsmeßstreifen
unerwünschten Dehnungsverlauf ε (r) bei einer
Kreisplattenfeder gemäß Fig. 1 ohne erfindungs
gemäße Ausnehmung,
Fig. 1c den Ausschnitt A aus Fig. 1 mit einer weiteren
Variante der Ausnehmung,
Fig. 1d den Ausschnitt A aus Fig. 1 mit einer Variante der
Ausnehmung, und
Fig. 2 eine Unteransicht der Kreisplattenfeder nach Fig. 1
mit verschiedenen skizzierten Varianten der
Ausnehmung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kreisplattenfeder 10
mit einem steifen Außenrand 11, der an seinem unteren
äußeren Rand drehbar an den Punkten 12 gelagert ist. Die
Kreisplattenfeder 10 hat mittig einen als Kraft
einleitungskopf ausgebildeten Ansatz 13, auf den in der
Zeichnungsebene von oben die zu messende Kraft F wirkt.
Die zur Kraft F weisende erste Oberfläche 14 der Kreis
plattenfeder 10 weist eine axialsymmetrische umlaufende
Profilierung 15 auf. Auf der zweiten, in der Zeichnungs
ebene nach unten weisende Oberfläche 16 der Kreisplatten
feder 10 sind die innerhalb und außerhalb einer
umlaufenden radialdehnungsfreien Linie ro positionierten
Dehnungsmeßstreifen 17 und 18 angeordnet. Aufgrund der
Profilierung 15 der ersten Oberfläche 14 entsteht auf der
nach unten weisenden zweiten Oberfläche 16 die umlaufende
Linie mit ro, in welcher die Radialkomponente der
Oberflächendehnung zu Null wird. Auf der zum Zentrum der
Kreisplattenfeder 10 weisenden Seite dieser Linie mit ro
sind die innenliegenden Dehnungsmeßstreifen 17 und auf der
anderen Seite die außenliegenden Dehnungsmeßstreifen 18
angeordnet.
In dieser Oberfläche 16 ist ferner eine mittige
Ausnehmung 19 eingebracht, so daß an den inneren und
äußeren Dehnungsmeßstreifen 17 und 18 radiale Dehnungs
komponenten ε+ und ε- mit unterschiedlichem Vorzeichen
und gleichem Betrag entstehen, wie es aus Fig. 1a deutlich
hervorgeht. Wird auf eine erfindungsgemäße Ausnehmung 19
verzichtet, dann sind die Dehnungs-Extremwerte
unsymmetrisch, wie es aus Fig. 1b mit ε'+ und ε'- deutlich
hervorgeht, wobei der Strich die betragsmäßige Ungleich
heit andeutet. Desgleichen kann die Tangentialdehnung
durch die zentrumsnahe Ausnehmung 19 gezielt verändert
werden.
Wie aus Fig. 1a hervorgeht, hat der radial äußere Rand der
Ausnehmung einen Abstand zum Zentrum der Kreisplatten
feder, der u. a. den Bereich und Grad der Dehnungsbeein
flussung definiert. D. h. für kleiner werdende Radien im
Bereich der Ausnehmung ist eine starke Abnahme der Dehnung
vorhanden, wodurch Dehnungsspitzen in diesem Bereich
vermieden werden.
Fig. 1c zeigt einen Ausschnitt A aus Fig. 1 mit einer
Variante der Ausnehmung 19, die in Form eines Sacklochs
exzentrisch zwischen dem Zentrum der Kreisplattenfeder und
dem ersten Dehnungsmeßstreifen 17 angeordnet ist.
Fig. 1d zeigt ebenfalls den Ausschnitt A der Fig. 1 mit
einer weiteren Variante der Ausnehmung 19, die als axial
symmetrische umlaufende Nut mit beliebigem Querschnitt im
Mittelbereich ausgebildet ist. Hier sei angemerkt, daß die
Ausnehmung 19 auch als Sackloch nach Fig. 1c ausgebildet
sein kann und mehrere derartige Ausnehmungen exzentrisch
an der Winkel-Position der inneren Dehnungsmeßstreifen 17
angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine Unteransicht der Kreisplattenfeder 10
der Fig. 1. Die jetzt sichtbare zweite Oberfläche 16 ist
in herkömmlicher Technik poliert und mit den Dehnungsmeß
streifen 17 und 18 versehen. Es kann auch vorgesehen sein,
die Dehnungsmeßstreifen mit einem Verfahren der Dünnfilm-
Disposition, z. B. der Kathodenzerstäubung (Sputtering) auf
diese Oberfläche 16 aufzubringen. Im mittleren Bereich der
Oberfläche 16 sind verschiedene Varianten von
Ausnehmungen 19 eingezeichnet. Im einzelnen ist dies die
umlaufende Nut entsprechend Fig. 1d, die durch die zwei
konzentrischen Kreise angedeutet ist, und die als Sackloch
ausgebildete Ausnehmung entsprechend Fig. 1c, die durch
den dem Dehnungsmeßstreifen 17 zugeordneten Kreis ange
deutet ist. Der innere konzentrische Kreis kann die
Ausnehmung entsprechend Fig. 1 repräsentieren oder eine
Ausnehmung 19, die die Form eines Kugelabschnittes oder
eines Abschnitts eines Rotationsellipsoids aufweist. Hier
sei darauf hingewiesen, daß jedem inneren Dehnungsmeß
streifen 17 radial ein äußerer Dehnungsmeßstreifen 18
zugeordnet sein kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich, diese
aber auch versetzt auf der zweiten Oberfläche 16 der
Kreisplattenfeder 10 angeordnet sein können, wie dies in
Fig. 2 angedeutet ist.
Claims (9)
1. Kreisplattenfeder für eine Kraftmeßzelle mit biegesteifem abstützenden
Außenrand, einer ersten axial-symmetrisch profilierten Oberfläche der
Kreisplattenfeder mit einem mittigen Ansatz zum axialen Einleiten einer Kraft und
einer dieser gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, auf der mindestens je ein
Dehnungsmeßstreifen innerhalb und außerhalb einer umlaufenden
radialdehnungsfreien Linie angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Oberfläche (16) der Kreisplattenfeder
(10) in einem dem Ansatz (13) gegenüberliegenden Mittelbereich zwischen dem
innerhalb der radialdehnungsfreien Linie angeordneten Dehnungsmeßstreifen (17)
und dem Zentrum der Kreisplattenfeder (10) mindestens eine Ausnehmung (19) zur
Erniedrigung der zentrumsnahen positiven Dehnung (ε+) auf dieser Oberfläche (16)
angeordnet ist.
2. Kreisplattenfeder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19) derart
bemessen und angeordnet ist, daß die axial über einen
mittigen Ansatz (13) eingeleitete Kraft (F) an den
innerhalb und außerhalb der radialdehnungsfreien Linie
angeordneten Dehnungsmeßstreifen (17, 18) radiale und/oder
tangentiale Dehnungskomponenten (ε+, ε-) mit unter
schiedlichem Vorzeichen aber gleichem Betrag hervorruft.
3. Kreisplattenfeder nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (19) derart
bemessen und zum Zentrum der Kreisplattenfeder (10)
beabstandet sind, daß die Nichtlinearität des
Zusammenhangs zwischen der zenteral eingeleiteten
Meßkraft (F) und dem Ausgangssignal des Systems der
Dehnungsmeßstreifen (17, 18) sich nahezu kompensiert.
4. Kreisplattenfeder nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19),
orthogonal zur zweiten Oberfläche (16) geschnitten
betrachtet, als flache Vertiefung mit rechteckigem
Querschnitt ausgebildet ist.
5. Kreisplattenfeder nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19),
orthogonal zur zweiten Oberfläche (16) geschnitten
betrachtet, die Form eines Kreisabschnittes oder eines
Ellipsenabschnittes aufweist.
6. Kreisplattenfeder nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19)
symmetrisch zum Zentrum der Kreisplattenfeder (10) ange
ordnet ist und das Zentrum der Kreisplattenfeder (10)
vollständig überdeckt.
7. Kreisplattenfeder nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19) als
axialsymmetrische umlaufende Nut mit beliebigem Quer
schnitt im Mittelbereich zwischen der Mitte der Kreis
plattenfeder (10) und dem Dehnungsmeßstreifen (17) ausge
bildet ist.
8. Kreisplattenfeder nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (19) als
Sackloch ausgebildet ist und mehrere derartige
Ausnehmungen (19) exzentrisch an der Winkel-Position der
inneren Dehnungsmeßstreifen (17) angeordnet sind.
9. Kreisplattenfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen in herkömmlicher
Folientechnik oder Dünnfilm-Depositions-Technik auf der Oberfläche (16)
aufgebracht sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904009019 DE4009019C2 (de) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Kreisplattenfeder für eine Kraftmeßzelle |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904009019 DE4009019C2 (de) | 1990-03-21 | 1990-03-21 | Kreisplattenfeder für eine Kraftmeßzelle |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4009019A1 DE4009019A1 (de) | 1991-09-26 |
DE4009019C2 true DE4009019C2 (de) | 1998-07-23 |
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4009019C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ATE148557T1 (de) * | 1992-03-18 | 1997-02-15 | Hottinger Messtechnik Baldwin | Kraftmesseinrichtung |
DE4232785A1 (de) * | 1992-09-30 | 1994-03-31 | Philips Patentverwaltung | Kreisplattenfeder für eine Kraftmeßzelle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2729064C2 (de) * | 1977-06-28 | 1985-04-11 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Symmetrische flache Kraftmeßzelle |
DE3823673A1 (de) * | 1988-07-13 | 1990-01-18 | Philips Patentverwaltung | Druck- bzw. kraftaufnehmer mit einer axialsymmetrischen, druck- bzw. kraftaufnehmenden kreisplattenfeder |
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1990
- 1990-03-21 DE DE19904009019 patent/DE4009019C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Publication date |
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DE4009019A1 (de) | 1991-09-26 |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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