DE4142141A1

DE4142141A1 - Force measurement arrangement - contains force reduction arrangement reducing force acting on measurement transducer for reliable operation under large forces

Info

Publication number: DE4142141A1
Application number: DE19914142141
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr Heinz; Ulrich Ing Grad Schoor
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-06-24

Abstract

The force measurement arrangement contains at least one electrical measurement transducer with press. dependent electrical properties. The transducer is arranged orthogonally wrt. the direction of action of the measurement force so that it is subject to an inner stress dependent on the forces being detected. A ring (11) reduces the transferred force so that the measurement transducer (12) is only subjected to part of the total force acting on the measurement arrangement. The entire force is transferred via a base body (10) forming a first region. A second region contains the force reduction arrangement. USE/ADVANTAGE - The arrangement is improved to enable reliable operation under very high press. or very large forces.Eg for vehicle drawbar coupling.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine bekannte Einrichtung dieser Art (EP 1 40 066) besitzt die Form einer Unterlegscheibe, welche eine von außen einge drehte Nut aufweist. Die Nut erstreckt sich in radialer Richtung nahezu über die ganze Breite der Scheibe. Etwa in der Mitte der Nut, bezogen auf ihre Breite in radialer Richtung, ist auf einem kera mischen Träger ein Dickschichtwiderstandselement angeordnet, dessen Widerstand von der auf die Unterlegscheibe wirkenden Kraft abhängt. Träger und Meßwiderstand sind in eine Füllmasse eingegossen, so daß die Nut vollständig ausgefüllt ist. Derartige bekannte Einrichtungen haben den Nachteil, daß aufgebrachte Schichtwiderstände bei erhöhten Drücken von über 100 N/mm², wie sie beispielsweise an Kupplungen von Nutzfahrzeugen auftreten, abplatzen. Der Einsatzbereich der be kannten Einrichtung ist dadurch eingeschränkt. Auch kommt es bei derartigen erhöhten Drücken zu erheblichen Hystereseerscheinungen bei den bekannten Einrichtungen.The invention relates to a device according to the preamble of the main claim. A known device of this type (EP 1 40 066) has the form of a washer, which has a groove turned in from the outside. The groove extends in the radial direction almost over the entire width of the disc. Approximately in the middle of the groove, based on its width in the radial direction, a thick-film resistance element is arranged on a ceramic carrier, the resistance of which depends on the force acting on the washer. Carrier and measuring resistor are poured into a filling compound so that the groove is completely filled. Known devices of this type have the disadvantage that applied sheet resistances flake off at elevated pressures of more than 100 N / mm ² , as occur, for example, on couplings of commercial vehicles. The area of use of the known device is limited. At such increased pressures there are also significant hysteresis phenomena in the known devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Einrichtung dahin zu verbessern, daß sie auch bei sehr großen Drücken oder Kräften zuverlässig einsetzbar ist.The invention has for its object a known device to improve that even at very high pressures or Forces can be used reliably.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs. Eine erfindungsgemäße Einrichtung gestattet eine Kraftmessung auch bei sehr großen Drücken. Ein Meß signal wird in bekannter Weise mittels Dick- oder Dünnschichtwider ständen gewonnen, die mit herkömmlichen Verfahren herstellbar sind. Die Meßeinrichtung weist selbst bei hohen Drücken eine geringe Hysterese auf und ist über einen weiten Bereich temperaturunab hängig. Durch Anpassung der Federsteifigkeit des Krafteinleitungs elementes kann der für die gewählten Meßwiderstände günstigste Meß bereich eingestellt werden.The task is solved by a device with the mark the features of the main claim. A device according to the invention allows force measurement even at very high pressures. A measurement signal is resisted in a known manner by means of thick or thin layers stands that can be produced using conventional processes. The measuring device has a low one even at high pressures Hysteresis and is temperature-independent over a wide range pending. By adjusting the spring stiffness of the force application element can be the cheapest for the selected measuring resistors range can be set.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Appropriate refinements and advantageous developments of the The main claim specified arrangement result from the Unteran sayings.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist zweckmäßig in Form einer Unterlegscheibe ausgeführt. Sie kann dadurch in bestehenden An ordnungen bequem eingesetzt werden, ohne daß an diesen besondere Veränderungen zur Aufnahme der Meßeinrichtung vorgenommen werden müssen.The measuring device according to the invention is useful in the form of a Washer executed. It can be used in existing An regulations can be used comfortably, without this particular Changes to accommodate the measuring device are made have to.

Das Krafteinleitungselement ist in einer vorteilhaften Ausführungs form ein Ring, in dessen Innen- sowie Außenseite jeweils eine Nut eingedreht ist, so daß er einen Z-artigen Querschnitt aufweist. In axialer Richtung ergibt sich dadurch eine Federsteifigkeit, deren Wert zum Beispiel durch Wahl des Materials, der Materialstärke oder der Nuttiefen einstellbar ist. The force introduction element is in an advantageous embodiment form a ring with a groove on the inside and outside is screwed in so that it has a Z-like cross section. In Axial direction results in a spring stiffness, the Value, for example, by choosing the material, the material thickness or the groove depth is adjustable.

Genügen weniger genaue Meßanzeigen, so können der Grundkörper und der Krafteinleitungsring gemeinsam aus einem Rohteil gefertigt sein. Das Krafteinleitungselement hat in diesem Fall zweckmäßig die Form einer Nase. Zwischen der Nasenunterseite und dem Grundkörper ist zur Entkopplung von Grundkörper und Krafteinleitungsring eine Nut ange bracht.If less precise measurement displays are sufficient, the basic body and the force transmission ring be made together from a blank. In this case, the force introduction element expediently has the shape a nose. Between the underside of the nose and the body is to Decoupling of the base body and force transmission ring is a groove brings.

Vorteilhaft ist die Verwendung einer Unterlegscheibe zur genauen Begrenzung der Kraftübertragungsfläche zwischen der Unterseite der Meßeinrichtung und der Maschine. Zur Verminderung der Temperaturab hängigkeit sind weiterhin zweckmäßig Referenzwiderstände vorgesehen, welche mit den Meßwiderständen zu einer Wheatstonebrücke zusammen geschaltet sind. Von Vorteil ist es deshalb, jeweils ein Paar Meß- bzw. Referenzwiderstände vorzusehen.It is advantageous to use a washer for precise Limiting the power transmission area between the bottom of the Measuring device and the machine. To reduce the temperature dependency, reference resistors are also expediently provided, which together with the measuring resistors to a Wheatstone bridge are switched. It is therefore advantageous to have one pair each Provide measuring or reference resistors.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained using the description below.

Zeichnungdrawing

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftmeßein richtung. Fig. 1 shows a cross section through a Kraftmeßein direction according to the invention.

Fig. 1a einen idealen Pressungsverlauf in der Meßeinrichtung. Fig. 1a shows an ideal pressure profile in the measuring device.

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Kraftmeßeinrichtung mit laschen förmiger Meßwiderstandsträgerplatte. Fig. 2 is a plan view of a force measuring device with a tab-shaped measuring resistance support plate.

Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig. 1 ohne zusätzliche Unterlegscheibe. Fig. 3 shows a variant of the device of FIG. 1 without an additional washer.

Fig. 4 zwei Beispiele für die Gestaltung des Krafteinleitungsrings
a) mit Ringnuten,
b) mit Ringnuten und Radialnuten. Fig. 4 shows two examples of the design of the force application ring
a) with ring grooves,
b) with ring grooves and radial grooves.

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Kraftmeßeinrichtung mit kreis förmiger Meßwiderstandsträgerplatte. Fig. 5 is a plan view of a force measuring device with a circular measuring resistance support plate.

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßein richtung im Querschnitt mit kreisförmiger Meßwiderstandsträgerplatte. Fig. 6 shows a second embodiment of a Meßein direction according to the invention in cross section with a circular measuring resistance support plate.

Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante einer Meßwiderstandsträger platte im Querschnitt. Fig. 7 shows a further embodiment variant of a measuring resistance carrier plate in cross section.

Fig. 8 ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßein richtung in Draufsicht. Fig. 8 shows an application example of a Meßein direction according to the invention in plan view.

Fig. 9 einen Querschnitt durch das Anwendungsbeispiel nach Fig. 8. Fig. 9 shows a cross section through the application example of FIG. 8.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Fig. 1 zeigt eine als Unterlegscheibe ausgebildete Meßeinrichtung im Querschnitt. Die Unterlegscheibe weist einen aus Stahl oder ge härtetem Stahl gefertigten massiven Grundkörper 10 in Form eines zylindrischen Ringes mit einem Innendurchmesser D1 und einer Höhe H auf, im folgenden mit Innenring bezeichnet. Der Grundkörper 10 ist umgeben von einem konzentrisch angeordneten, ebenfalls in Form eines Ringes mit einem Innendurchmesser D2 ausgebildeten und ebenfalls aus Stahl gefertigten Krafteinleitungselement 11, sowie von einer, eine Bohrung desselben Durchmessers D2 aufweisenden Trägerplatte, auf der die Meßwertgeber 12 angeordnet sind. Die Trägerplatte 14 ist gleich falls aus Stahl oder einer Legierung gefertigt. Das Kraftein leitungselement 11, im folgenden Krafteinleitungsring genannt, weist einen Z-förmigen Querschnitt auf. Es ist mit der Trägerplatte 14 in axialer Richtung übereinander paßgenau um den Innenring 10 an geordnet. Die axiale Gesamthöhe von Krafteinleitungsring 11 und Trägerplatte 14 stimmt mit der Höhe H des Innenrings 10 überein, so daß die aus Innenring 10 und Krafteinleitungsring 11 bzw. Träger platte 14 gebildete Ringoberfläche plan ist. Auf der Trägerplatte 14 sind als Meßsignalgeber Dick- oder Dünnschichtwiderstände 12 ange ordnet, deren Widerstand von dem auf sie ausgeübten Druck abhängt. Die Anzahl der verwendeten Widerstandselemente ist beliebig, als zweckmäßig erwiesen hat sich aber die Verwendung von zwei Wider ständen. Die Widerstände 12 sind als Kreisbahnabschnitte ausgebildet und den Innenring 10 konzentrisch umgebend angeordnet. Die radiale Breite der Bahnabschnitte ist so gewählt, daß sie vollständig von der Grundfläche des Krafteinleitungsrings 11 bedeckt werden. Der Krafteinleitungsring 11 und die Trägerplatte mit den Widerständen 12 können verklebt oder verglast sein. Die Trägerplatte 14 ist so geformt, daß sie wenigstens einen über den Außenumfang des Kraftein leitungsringes herausragenden Abschnitt aufweist. Auf dem heraus ragenden Abschnitt sind die Referenzwiderstände 13 angeordnet. Sie sind in der Regel ebenfalls Dick- oder Dünnschichtwiderstände. Zweckmäßig ist noch eine im Verhältnis zur Höhe H des Innenringes 10 dünne Unterlegscheibe 15 vorgesehen, deren Innendurchmesser ent sprechend dem des Innenringes 10 den Wert D1 hat, und deren Außen durchmesser dem Außendurchmesser D3 des Krafteinleitungsringes 11 angepaßt ist. Die Unterlegscheibe 15 ist so angeordnet, daß sie zusammen mit dem Krafteinleitungsring 11 die Trägerplatte 14 ein spannt. Fig. 1 shows a measuring device designed as a washer in cross section. The washer has a solid base body 10 made of steel or hardened steel in the form of a cylindrical ring with an inner diameter D1 and a height H, hereinafter referred to as the inner ring. The base body 10 is surrounded by a concentrically arranged, also in the form of a ring with an inner diameter D2 and also made of steel force introduction element 11 , as well as a carrier plate having a bore of the same diameter D2 on which the transducers 12 are arranged. The carrier plate 14 is the same if made of steel or an alloy. The Kraftein line element 11 , hereinafter referred to as the force introduction ring, has a Z-shaped cross section. It is arranged with the carrier plate 14 in the axial direction one above the other with a precise fit around the inner ring 10 . The total axial height of the force transmission ring 11 and the carrier plate 14 corresponds to the height H of the inner ring 10 , so that the ring surface formed from the inner ring 10 and force transmission ring 11 or carrier plate 14 is flat. On the carrier plate 14 thick or thin film resistors 12 are arranged as a measuring signal generator, the resistance of which depends on the pressure exerted on them. The number of resistance elements used is arbitrary, but the use of two resistors has proven to be useful. The resistors 12 are designed as circular path sections and are arranged concentrically surrounding the inner ring 10 . The radial width of the track sections is chosen so that they are completely covered by the base of the force application ring 11 . The force transmission ring 11 and the carrier plate with the resistors 12 can be glued or glazed. The carrier plate 14 is shaped so that it has at least one portion of the line ring projecting over the outer circumference of the force. The reference resistors 13 are arranged on the protruding section. They are usually also thick or thin film resistors. Expediently, a thin washer 15 is provided in relation to the height H of the inner ring 10 , the inner diameter of which corresponds to that of the inner ring 10 has the value D1, and the outer diameter of which is adapted to the outer diameter D3 of the force introduction ring 11 . The washer 15 is arranged so that it clamps the carrier plate 14 together with the force introduction ring 11 .

In Fig. 1, wie auch in den weiteren Figuren nicht dargestellt sind die elektrischen Verbindungen der Widerstandselemente 12 und 13 sowie elektronische Details zur Meßsignalverwertung. Die Herstellung solcher Verbindungen ebenso wie die Gewinnung eines die gemessene Kraft anzeigenden Signales sind allgemein bekannt und können dem Fachmann überlassen bleiben. In Fig. 1, as is also not shown in the other figures, the electrical connections of the resistance elements 12 and 13 and electronic details for the measurement signal utilization. The production of such connections as well as the acquisition of a signal indicating the measured force are generally known and can be left to the person skilled in the art.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte An ordnung. Zur Vereinfachung der Herstellung ist es zweckmäßig, die Meßwiderstände 12 und die Referenzwiderstände 13 gemeinsam auf einer Trägerplatte 14 zu plazieren. Die Trägerplatte 14 ist deshalb zum Beispiel in Form einer Lasche gestaltet, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Oberfläche der Trägerplatte stimmt zu einem Teil in ihren Maßen mit der Außenkante des Krafteinleitungsringes 11 überein, das heißt, ihre Außenkontur ist in diesem Bereich ein Kreisabschnitt mit dem Durchmesser D3. Der andere Teil der Trägerplatte 14 ist über die durch den Durchmesser D3 definierte Kante des Krafteinleitungsringes hinaus ausgezogen. Auf der Oberfläche dieses überstehenden Teiles der Trägerplatte 14 sind die Referenzwiderstände 13 in beliebigen Formen aufgedruckt. Mit Blick auf eine einfache Signalauswertung werden sinnvoll je zwei Meßwiderstände 12 und zwei Referenzwider stände 13 eingesetzt, welche zu einer Wheatstoneschen Meßbrücke zusammengeschaltet sind. Fig. 2 shows a plan view of the order shown in Fig. 1. To simplify production, it is expedient to place the measuring resistors 12 and the reference resistors 13 together on a carrier plate 14 . The carrier plate 14 is therefore designed, for example, in the form of a tab, as shown in FIG. 2. The dimensions of the surface of the carrier plate correspond in part to the outer edge of the force introduction ring 11 , that is to say that its outer contour is a circular section with the diameter D3 in this area. The other part of the carrier plate 14 extends beyond the edge of the force introduction ring defined by the diameter D3. The reference resistors 13 are printed in any shape on the surface of this protruding part of the carrier plate 14 . With a view to a simple signal evaluation, two measuring resistors 12 and two reference resistors 13 are used, which are interconnected to form a Wheatstone measuring bridge.

Fig. 3 zeigt im Ausschnitt eine Ausführungsvariante der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Meßeinrichtung, die es erlaubt, auf eine Unterlegscheibe 15, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, zu ver zichten. Dies wird erreicht, indem der Innenring 10 im unteren Sockelbereich in radialer Richtung nach außen hin verbreitert ist, so daß er einen L-förmigen Querschnitt aufweist. Der Außendurch messer D3 des verbreiterten Sockelbereiches entspricht dem Außen durchmesser des Krafteinleitungsringes 11. Die Höhe des verbreiter ten Sockelbereiches in axialer Richtung ist im Vergleich zur Gesamt höhe H des Innenrings 10 gering, sie ist ferner so gewählt, daß sie zusammen mit der axialen Trägerplatte 14 und dem Krafteinleitungs ring 11 genau die Gesamthöhe des Innenrings 10 erreicht, so daß die obere Fläche der gesamten Meßeinrichtung plan ist. Die Ausführungs form gemäß Fig. 3 integriert dadurch eine Unterlegscheibe in einen Hauptbestandteil der Meßeinrichtung. Fig. 3 shows a detail of an embodiment of the measuring device shown in Figs. 1 and 2, which allows to dispense on a washer 15 , as shown in Fig. 1. This is achieved by widening the inner ring 10 in the lower base region in the radial direction towards the outside, so that it has an L-shaped cross section. The outside diameter D3 of the widened base area corresponds to the outside diameter of the force transmission ring 11 . The height of the widened base region in the axial direction is small compared to the total height H of the inner ring 10 , it is also selected so that it together with the axial support plate 14 and the force transmission ring 11 exactly reaches the total height of the inner ring 10 , so that the upper surface of the entire measuring device is flat. The execution form according to FIG. 3 are integrated by a washer in a main component of the measuring device.

Der Anordnung liegt das im folgenden beschriebene Funktionsprinzip zugrunde. Die Meßeinrichtung 10 bis 15 wird vorzugsweise orthogonal zur Krafteinwirkungsrichtung angeordnet, so daß einwirkende Kräfte in axialer Richtung übertragen werden. Aufgrund des in axialer Richtung zweigliedrigen Aufbaus der Meßeinrichtung 10 bis 15 ergeben sich zwei mögliche unterschiedliche Kraftübertragungspfade durch die Meßeinrichtung. Der Hauptteil einer auf die Meßeinrichtung 10 bis 15 einwirkenden Kraft wird über den Innenring 10 übertragen. Über den Krafteinleitungsring 11, der infolge seiner speziellen Gestaltung eine geringere Federsteifigkeit aufweist als der Innenring 10, wird dagegen im "Nebenschluß" nur ein kleiner Bruchteil der gesamten, auf die Trägerplatte 14 mit den Meßwiderständen 12 wirkenden Kraft über tragen. Fig. 1a zeigt ein Diagramm einer idealen Pressungsver teilung über die Oberfläche der Meßeinrichtung in radialer Richtung, es bezeichnen x den Einwirkungsort in radialer Richtung, P die Größe der einwirkenden Pressung. Das Diagramm Fig. 1a zeigt die quali tative Form einer idealen Verteilung. Zu beachten ist, daß sich reale Pressungsverteilungen sowohl hinsichtlich der Größenverhält nisse als auch der Außenkontur des Kraftverlaufs erheblich von dieser Darstellung unterscheiden können.The arrangement is based on the operating principle described below. The measuring device 10 to 15 is preferably arranged orthogonally to the direction of force, so that acting forces are transmitted in the axial direction. Due to the two-part structure of the measuring device 10 to 15 in the axial direction, there are two possible different power transmission paths through the measuring device. The main part of a force acting on the measuring device 10 to 15 is transmitted via the inner ring 10 . About the force transmission ring 11 , which due to its special design has a lower spring stiffness than the inner ring 10 , on the other hand, only a small fraction of the total, acting on the carrier plate 14 with the measuring resistors 12 force in "shunt". Fig. 1a shows a diagram of an ideal Pressungsver distribution over the surface of the measuring device in the radial direction, it denote x the point of action in the radial direction, P the size of the pressure acting. The diagram in Fig. 1a shows the qualitative form of an ideal distribution. It should be noted that real pressure distributions can differ considerably from this representation, both with regard to the size ratios and the outer contour of the force curve.

Dick- oder Dünnschichtwiderstände 12 dürfen, soweit sie mit derzeit üblichen Verfahren aufgebracht wurden, nur mit Kräften bis zu einem vorgegebenen Maximalwert belastet werden, bei Überschreiten des Maximalwertes droht ein Abplatzen von der Trägerplatte 14. Die maximal auf die Meßwiderstände wirkende Kraft wird aus diesem Grunde durch Wahl einer geeigneten Federsteifigkeit des Krafteinleitungs ringes 11 begrenzt. Die Federsteifigkeit des Krafteinleitungsrings 11 ist beispielsweise durch eine entsprechende Gestaltung seines Querschnittes bequem einstellbar. Die Gestaltung des Querschnittes erfolgt in einfacher Weise durch Anbringen von Nuten in geeigneten Geometrien. Neben der in Fig. 1 bereits gezeigten Gestaltung mit einem Z-förmigen Querschnitt, der zum Beispiel durch seitliches Eindrehen zweier Nuten erzielt wird, ist eine Vielzahl weiterer geometrischer Gestaltungsmöglichkeiten zur Beeinflussung der Feder steifigkeit denkbar. Zwei weitere Ausführungsbeispiele zeigt Fig. 4. In Fig. 4a) wird eine veränderte Federsteifigkeit durch ober- und unterseitiges Eindrehen von Ringnuten erzielt, in Fig. 4b) durch Kreuznuten. Neben den gezeigten geometrischen Ausführungs formen kann eine Einstellung der Federsteifigkeit zusätzlich durch Wahl eines geeigneten Materiales erfolgen, also beispielsweise eines Materials mit größerem oder kleinerem Elastizitätsmodul.Thick or thin-film resistors 12 , insofar as they have been applied using currently customary methods, may only be loaded with forces up to a predetermined maximum value; if the maximum value is exceeded, there is a risk of the carrier plate 14 flaking off. For this reason, the maximum force acting on the measuring resistors is limited by the choice of a suitable spring stiffness of the force introduction ring 11 . The spring stiffness of the force introduction ring 11 can be easily adjusted, for example, by an appropriate design of its cross section. The cross-section is designed in a simple manner by making grooves in suitable geometries. In addition to the design already shown in FIG. 1 with a Z-shaped cross section, which is achieved, for example, by turning two grooves laterally, a large number of further geometrical design options for influencing the spring stiffness are conceivable. FIG. 4 shows two further exemplary embodiments . In FIG. 4a), a changed spring stiffness is achieved by screwing in ring grooves on the top and bottom, in FIG. 4b) by means of cross grooves. In addition to the geometrical design shown, the spring stiffness can also be adjusted by selecting a suitable material, for example a material with a greater or smaller modulus of elasticity.

Durch Wahl beziehungsweise Gestaltung eines geeigneten Kraftein leitungsringes 11 kann die Flächenpressung auf die Meßwiderstände 12 bei jeder Meßaufgabe in vorgegebenen Grenzen gehalten werden. Der Krafteinleitungsring 11 und die Trägerplatte 14 mit den Widerständen 12 können deshalb verklebt oder durch ein niederschmelzendes Glas verbunden sein. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Krafteinleitung über die gesamte Fläche der Meßwiderstände 12 sowie eine gute Repro duzierbarkeit der Messungen. Die Meßsignalauswertung erfolgt in bekannter Weise anhand einer meßeinrichtungsspezifischen Kennlinie, die hersteller- oder anwenderseitig vor erstmaliger Verwendung der Meßeinrichtung zu ermitteln ist.By choosing or designing a suitable power line ring 11 , the surface pressure on the measuring resistors 12 can be kept within predetermined limits for each measuring task. The force transmission ring 11 and the carrier plate 14 with the resistors 12 can therefore be glued or connected by a low-melting glass. This ensures a uniform introduction of force over the entire area of the measuring resistors 12 and good reproducibility of the measurements. The measurement signal is evaluated in a known manner on the basis of a characteristic curve specific to the measuring device, which is to be determined by the manufacturer or user before the measuring device is used for the first time.

Im folgenden werden weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung angegeben, welche je nach Anwendungsfall und Meßauf gabe von Vorteil sein können. The following are further embodiments of the invention Measuring device specified, which depending on the application and Meßauf can be beneficial.

Fig. 5 zeigt eine weitere Gestaltung der Trägerplatte 14 in Form einer Scheibe. Der Durchmesser der Scheibe ist größer gewählt als der des Krafteinleitungsringes 11, so daß sich ein den übrigen Teil der Meßeinrichtung vollständig umgebender Ring ergibt, auf dem die Referenzwiderstände 13 plaziert werden können. Die Verwendung solcher ringförmiger Trägerplatten 14 erlaubt eine besonders ein fache Fertigung. Allerdings bedingt ihr Einsatz, daß am Anwendungs ort der Meßeinrichtung ausreichend Platz zur Verfügung steht. Fig. 5 shows another design of the support plate 14 in the form shows a disk. The diameter of the disk is chosen larger than that of the force introduction ring 11 , so that there is a ring completely surrounding the remaining part of the measuring device, on which the reference resistors 13 can be placed. The use of such annular carrier plates 14 allows particularly simple manufacture. However, their use means that there is sufficient space available at the application site of the measuring device.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Meßeinrichtung, bei welcher Innenring 10 und Krafteinleitungsring 11 aus einem Stück herausgear beitet sind. Der Innenring 10 ist hier ein - gedachter - zylin drischer Ring mit dem Außendurchmesser D2. Der Krafteinleitungsring 11 ist in Form eines Fortsatzes des Innenrings 10 in radialer Richtung mit einem nasenförmigen Querschnitt ausgebildet, der, beginnend kurz unterhalb der oberen Außenkante des Innenrings 10, zunächst auf den Außendurchmesser des Krafteinleitungsrings 11 schräg abfällt. Die Unterseite der Nase bildet eine parallel zur Oberseite und senkrecht zu seiner axialen Seitenwand des Innenrings 10 verlaufende Ringfläche, die auf der Trägerplatte 14 auf den Meßwiderständen 12 aufliegt. Am Übergang zwischen der axialen Seitenwand des Grundkörpers und der Unterseite des Krafteinleitungs ringes 11 ist zweckmäßig eine Nut 16 eingedreht, welche dazu dient, die Kraftübertragung über den Grundkörper 10 beziehungsweise über das Krafteinleitungselement 11 zu entkoppeln. Fig. 6 shows an embodiment of the measuring device in which the inner ring 10 and force transmission ring 11 are machined out of one piece. The inner ring 10 here is an imaginary cylindrical ring with the outer diameter D2. The force introduction ring 11 is designed in the form of an extension of the inner ring 10 in the radial direction with a nose-shaped cross section which, beginning just below the upper outer edge of the inner ring 10 , initially slopes down to the outer diameter of the force introduction ring 11 . The underside of the nose forms an annular surface which runs parallel to the upper side and perpendicular to its axial side wall of the inner ring 10 and which rests on the carrier plate 14 on the measuring resistors 12 . At the transition between the axial side wall of the body and the underside of the force initiation ring 11 is suitably a screwed groove 16, which serves to decouple the power transmission through the base body 10 respectively via the force introduction element. 11

In einer Gestaltung nach Fig. 6 wirkt auf den Krafteinleitungsring die zu messende Kraft nicht direkt. Statt dessen wird ein Teil der Kraft vom Innenring 10 über den aus diesem herausgeformten Kraftein leitungsring 11 abgeleitet. Der Anteil der abgeleiteten Kraft ist über die Breite der zylinderähnlichen Verbindungsfläche zwischen dem Innenring 10 und dem Krafteinleitungsring 11, die ihrerseits insbesondere von der axialen Tiefe der Nut 16 abhängt, einstellbar. Fig. 6 zeigt im übrigen eine Anordnung unter Verwendung einer entsprechend Fig. 5 ringförmig ausgebildeten Trägerplatte 14.In a design according to FIG. 6, the force to be measured does not act directly on the force introduction ring. Instead, part of the force is derived from the inner ring 10 via the force ring formed from this force ring 11 . The proportion of the derived force can be adjusted via the width of the cylinder-like connecting surface between the inner ring 10 and the force introduction ring 11 , which in turn depends in particular on the axial depth of the groove 16 . FIG. 6 shows an arrangement using a support plate 14 which is annular in accordance with FIG. 5.

Zweckmäßig weist auch die Anordnung in Fig. 6 eine Unterlegscheibe 15 auf, deren Durchmesser mit dem Außendurchmesser D3 des Kraftein leitungsrings 11 übereinstimmt. Um die Krafteinleitung vom Kraftein leitungsrings 11 in die Meßwiderstände 12 zu verbessern, weist die Unterlegscheibe 15 zwei gegenüberliegend angeordnete umlaufende Nuten 17 und 18 auf. Die Nut 17 ist in radialer Richtung so ange ordnet, daß genau unter der Verbindungsstelle zwischen Innenring 10 und Trägerplatte 14 ein Freiraum entsteht. Ihr exakt gegenüber wird die Nut 18 angeordnet. Durch den dann unterhalb der Kontaktstelle Innenring 10/Trägerplatte 14 entstehenden schmalen Steg in der Unterlegscheibe 15 wird eine weitgehende Entkopplung zwischen den über den inneren, dem Innenring 10 zugeordneten Teil der Unterleg scheibe und dem über den äußeren, durch den Steg abgetrennten Teil der Unterlegscheibe übertragenen Teil der Kraft erreicht.The arrangement in FIG. 6 also expediently has a washer 15 , the diameter of which corresponds to the outer diameter D3 of the force line ring 11 . In order to improve the introduction of force from the power ring 11 into the measuring resistors 12 , the washer 15 has two opposing circumferential grooves 17 and 18 . The groove 17 is arranged in the radial direction so that a space is created just below the junction between the inner ring 10 and carrier plate 14 . The groove 18 is arranged exactly opposite it. The narrow web in the washer 15 which then arises below the contact point inner ring 10 / carrier plate 14 largely transmits decoupling between the part of the washer assigned to the inner ring 10, which is assigned to the inner ring 10, and the part of the washer which is separated by the outer part separated by the web Part of the power reached.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführung einer Meßeinrichtung mit ein teiliger Ausgestaltung von Krafteinleitungsring und Innenring. Zur Erzeugung eines definierten Krafteinleitungselements weist in dieser Ausführungsform die Trägerplatte 14 an ihrer Unterseite einen durch eine Stufe 20 abgesetzten Bereich mit einem kleineren Außendurch messer auf, der mit dem Außendurchmesser des Krafteinleitungsrings 11 übereinstimmt. Zur Erzielung einer besseren Flächenkraftver teilung in radialer Richtung ist in die dem Innenring 10 zugewandte Seitenfläche der Trägerplatte 14 eine Nut 19 eingedreht. Für eine Ausführung gemäß Fig. 7 ist eine Unterlegscheibe 15 wiederum nicht erforderlich. Fig. 7 shows a further embodiment of a measuring device with a partial configuration of the force introduction ring and inner ring. In order to produce a defined force introduction element, in this embodiment the carrier plate 14 has on its underside an area offset by a step 20 with a smaller outside diameter which corresponds to the outside diameter of the force introduction ring 11 . To achieve a better surface force distribution in the radial direction, a groove 19 is screwed into the side face of the carrier plate 14 facing the inner ring 10 . A washer 15 is again not required for an embodiment according to FIG. 7.

Ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung ist in Fig. 8 am Beispiel einer Anhängerkupplung an Nutzfahrzeugen darge stellt. Ein Anhänger soll so gebremst werden, daß keine Zug- oder Druckkräfte zwischen Zug- und Anhängerfahrzeug auftreten. Zur Er fassung dieser Kräfte ist an jeder der vier Kupplungsflansch schrauben eine Meßeinrichtung 11 bis 15 angeordnet. In Abwandlung der anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Gestaltungen sind bei der Anordnung gemäß Fig. 8 alle Meß- und Referenzwiderstände 12 bzw. 13 auf einer einzigen, gemeinsamen Trägerplatte 14 angeordnet. Aus der Kraftverteilung über die vier Meßeinrichtungen können sämt liche Quer- und Vertikalkräfte festgestellt und daraufhin kompen siert werden. Fig. 9 zeigt dieselbe Anordnung im Querschnitt.An application example of a measuring arrangement according to the invention is shown in Fig. 8 using the example of a trailer hitch on commercial vehicles Darge. A trailer should be braked in such a way that no tensile or compressive forces occur between the towing vehicle and the trailer vehicle. To measure these forces, a measuring device 11 to 15 is arranged on each of the four coupling flanges. In a modification of the designs described with reference to FIGS. 1 to 7, in the arrangement according to FIG. 8 all measuring and reference resistors 12 and 13 are arranged on a single, common carrier plate 14 . From the force distribution across the four measuring devices, all transverse and vertical forces can be determined and then compensated for. Fig. 9 shows the same arrangement in cross section.

Unter Beibehaltung des Grundgedankens, die zu messende Kraft in einem Nebenschluß zu erfassen, ist eine Vielzahl weiterer Ausge staltungsmöglichkeiten der beschriebenen Erfindung möglich. Viel fältige Möglichkeiten bieten sich insbesondere bei der Gestaltung der Krafteinleitungselemente 11, sowie bei der Gestaltung der Trägerplatte 14. Auch die äußere Grundform der gesamten Meßanordnung 11 bis 15 kann selbstverständlich in vielfältiger Weise variiert werden. So kommen beispielsweise statt in sich geschlossener Formen, wie die im Ausführungsbeispiel beschriebene Scheibenform, auch offene Formen wie Stäbe und Winkel in Betracht.While maintaining the basic idea of detecting the force to be measured in a shunt, a multitude of further configuration options of the described invention are possible. A wide range of options are available in particular in the design of the force introduction elements 11 and in the design of the carrier plate 14 . The outer basic shape of the entire measuring arrangement 11 to 15 can of course be varied in many ways. For example, instead of self-contained shapes, such as the disk shape described in the exemplary embodiment, open shapes such as rods and angles can also be considered.

Es versteht sich ferner von selbst, daß neben Kräften auch Spannungen und Drücke mit denselben oder aus diesen abgeleiteten Meßanordnungen erfaßbar sind.It goes without saying that in addition to forces Tensions and pressures with or derived from the same Measuring arrangements are detectable.

Claims

1. Einrichtung zum Messen von Kräften an Geräten, Maschinen und dergleichen mit wenigstens einem elektrischen Meßwertgeber, dessen elektrische Eigenschaften druckabhängig sind, welcher im wesent lichen orthogonal zur Einwirkungsrichtung der zu messenden Kraft so angeordnet ist, daß er in eingebautem Zustand unter einer inneren Materialbeanspruchung steht, deren Größe durch die zu erfassenden Kräfte beeinflußt ist, gekennzeichnet durch Mittel (11) zur Ver minderung der übertragenden Kraft, welche den elektrischen Meßwert gebern (12) so zugeordnet sind, daß diese nur mit einem Teil der insgesamt auf die Meßeinrichtung einwirkenden Kraft beaufschlagt sind.1. A device for measuring forces on devices, machines and the like with at least one electrical transducer, the electrical properties of which are pressure-dependent, which is arranged in wesent union orthogonal to the direction of action of the force to be measured so that it is in the installed state under an internal material stress , the size of which is influenced by the forces to be detected, characterized by means ( 11 ) for reducing the transmitting force, which transmitters are assigned to the electrical measured value ( 12 ) in such a way that they act only on part of the total force acting on the measuring device are.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Bereich in Form eines Grundkörpers (10), über den die gesamte auf diesen Bereich einwirkende Kraft unvermindert übertragen wird, sowie einen zweiten Bereich, in dem die Mittel (11) zur Verminderung der übertragenden Kraft angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized by a first area in the form of a base body ( 10 ) over which the entire force acting on this area is transmitted undiminished, and a second area in which the means ( 11 ) for reducing the transmitting force are arranged.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich so ausgebildet ist, daß über ihn ein verminderter Teil der auf den ersten Bereich wirkenden Kraft übertragen wird. 3. Device according to claim 2, characterized in that the second area is designed so that a diminished over it Part of the force acting on the first area is transmitted.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11) zur Verminderung der übertragenen Kraft in Form eines Krafteinleitungselements ausgebildet sind, und daß sie zu sammen mit dem elektrischen Meßwertgeber (12) im zweiten Bereich der Meßeinrichtung angeordnet sind.4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 11 ) for reducing the transmitted force are in the form of a force introduction element, and that they are arranged together with the electrical transmitter ( 12 ) in the second region of the measuring device.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber als Meßwiderstände (12) auf einer Trägerplatte (14) angeordnet sind, und daß die Oberfläche der Meßwiderstände (12) in eingebautem Zustand vollständig von der Unterseite des Krafteinleitelementes (11) bedeckt ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducers are arranged as measuring resistors ( 12 ) on a carrier plate ( 14 ), and that the surface of the measuring resistors ( 12 ) in the installed state completely from the underside of the force introduction element ( 11 ) is covered.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafteinleitungselement (11) und der/die elektrischen Meßwertgeber (12) so angeordnet sind, daß sie in Krafteinwirkungsrichtung hintereinander liegen.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force introduction element ( 11 ) and / the electrical transducer ( 12 ) are arranged so that they are one behind the other in the direction of force.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form einer Unterlegscheibe aufweist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it has the shape of a washer.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) und das Krafteinleitungs element (11) in Form konzentrischer Ringe als Innenring (10) be ziehungsweise als Krafteinleitungsring (11) ausgebildet sind.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base body ( 10 ) and the force introduction element ( 11 ) in the form of concentric rings as an inner ring ( 10 ) be or as a force introduction ring ( 11 ).

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsring (11) einen Z-förmigen Querschnitt aufweist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force introduction ring ( 11 ) has a Z-shaped cross section.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (14) die Form einer an einer Seite halbkreisförmigen Lasche hat, wobei der Radius des Halbkreises dem Außenradius des Krafteinleitungsringes (11) entspricht.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plate ( 14 ) has the shape of a semicircular tab on one side, the radius of the semicircle corresponding to the outer radius of the force introduction ring ( 11 ).

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafteinleitungsring (11) fest mit dem Innenring (10) verbunden ist und ein im Querschnitt nasenförmiges Profil aufweist mit einer zur Krafteinwirkung orthogonalen Unter seite, welche auf die Meßwiderstände (12) wirkt, sowie mit einer Nut (16), welche am unteren Übergang vom Grundkörper (10) zum Kraftein leitungsring (11) angeordnet ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force introduction ring ( 11 ) is fixedly connected to the inner ring ( 10 ) and has a nose-shaped cross section with a force orthogonal underside, which acts on the measuring resistors ( 12 ) , and with a groove ( 16 ) which is arranged at the lower transition from the base body ( 10 ) to the power line ring ( 11 ).

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Grundkörper (10) und Trägerplatte (14) gebildete Ringfläche durch eine Unterlegscheibe (15) unterlegt ist.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the annular surface formed by the base body ( 10 ) and carrier plate ( 14 ) is underlaid by a washer ( 15 ).

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (10) in Form eines Hohlzylinders mit einem L-förmigen Wandquerschnitt ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des verbreiterten Sockelbereiches dem Außendurch messer des Krafteinleitungsringes (11) entspricht.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner ring ( 10 ) is designed in the form of a hollow cylinder with an L-shaped wall cross section, the outer diameter of the widened base region corresponding to the outer diameter of the force introduction ring ( 11 ).